Стивена хокинга космос: СМИ: радиосигнал со словами ученого Стивена Хокинга отправят в космос — Наука

Запись с голосом Стивена Хокинга отправили в космос

Запись с голосом Стивена Хокинга отправили в космос



Укринформ


Радиосигнал с Посланием мира и надежды авторства покойного британского ученого Стивена Хокинга отправили в космос.

Как сообщает издание Rolling Stone, сигнал отправлен в сторону ближайшей черной дыры 1А 0620-00 в пятницу, 15 июня, во время мемориальной службы захоронения Хокинга. Его пепел похоронили между останками сэра Исаака Ньютона и Чарльза Дарвина в лондонском Вестминстерском аббатстве.

Слова ученого были отправлены в космос с помощью спутниковой антенны Европейского космического агентства (ЕКА) в Себрерос.

Трансляция — это «прекрасный и символический жест, который создает связь между присутствием отца нашего на этой планете, его желанием уйти в космос и его исследованием вселенной», — сказала дочь ученого Люси Хокинг.

Читайте также: Хокинг в финальной работе написал о существовании параллельных вселенных

По ее словам, «это послание мира и надежды, о единстве и необходимости для нас жить вместе в гармонии на этой планете».

Семья, друзья и представители общественности, которые посетили Вестминстерское аббатство, получили копию записи с голосом Хокинга.

Известный британский профессор-физик Стивен Хокинг умер 14 марта на 77 году жизни из-за осложнения бокового амиотрофического склероза. В своей последней работе написал о существовании параллельных вселенных, похожих на наш.

Фото: ТСН

Британия
Космос
Наука

Больше новостей

В Финляндии планируют построить гигантский завод по производству водорода

Китайский космический корабль «Тяньчжоу-5» состыковался с орбитальной станцией

Amazon представила робота с искусственным интеллектом Sparrow

ООН презентовала проект спутникового отслеживания выбросов парниковых газов

Realme представил бюджетный смартфон с поддержкой 5G

Subaru представила новый компактный кроссовер

Космология Стивена Хокинга не нуждалась в понятии «Бог» / / Независимая газета






Черные дыры – это не место в пространстве, а скорее место во времени, некое овеществленное будущее для всех вещей, которые в эти черные дыры затягиваются. Иллюстрация NASA


Стивен Хокинг в книге «Краткая история времени», которая увидела свет в 1988 году, отмечал: «Открытие полной единой теории всего, может быть, и не будет способствовать выживанию и даже никак не повлияет на течение нашей жизни, но уже на заре цивилизации людям не нравились необъяснимые и не связанные между собой факты. И по сей день мы страстно желаем узнать, почему мы здесь оказались и откуда взялись. Наша конечная цель никак не меньше, чем полное описание Вселенной, в которой мы живем».


Место во времени


ХХ век принес человечеству существенные космологические открытия – прежде всего в изучении сингулярности, черных дыр, времени, квантовой теории и Большого взрыва. За 100 лет представление о месте, которое человеку отведено во Вселенной, изменилось до неузнаваемости. Появление человека в современной научной картине мира не закономерный процесс, но итог многих случайных совпадений. Они позволяет нам, развернув историю Вселенной вспять, проследить ее до начальных условий, вплоть до начала времени, до момента Большого взрыва. 2018 год поколебал нашу надежду на познание тайн мира, в котором мы живем, – 14 марта не стало великого британского физика Стивена Хокинга.


Часть современных физиков отказываются от понятия времени, заявляя, что время – фикция (в лучшем случае – функция материи). Часть же, напротив, подходит ко времени субстанциалистски, придавая ему реальное существование, такое же реальное, как, например, существование элементарных частиц или темной энергии. Но как все-таки устроено время? И совсем уж «детский» вопрос – а было ли время до Большого взрыва?


Согласно некоторым из научных теорий (этого взгляда придерживается и Стивен Хокинг), все, что когда-либо существовало или когда-либо будет существовать, действительно существует – не «здесь и сейчас», но на каком-то пространственно-временном расстоянии от «здесь и сейчас». Так, черные дыры – это не место в пространстве, а скорее место во времени, некое овеществленное будущее для всех вещей, которые в эти черные дыры затягиваются.


Реальность вещей прошлого и будущего ничуть не уступает и ничем не отличается от той реальности, которой мы обладаем в настоящий момент. Такое представление о времени называют этернализмом; это один из вариантов четырехмерности – теории, по которой реальность существует в виде четырехмерного пространства-времени.


Главным соперником этернализма является презентизм – представление о том, что существует только настоящее. Согласно презентизму, уже нет прошлых вещей и еще не случилось будущих и поэтому невозможно указать, в каком смысле они существуют теперь (или будут существовать).


Какая теория более логична, а главное, сочетается с данными наблюдений?


В поисках настоящего времени


Когда физики исследуют пространство-время с помощью экспериментов и расчетов, то приходят порой к парадоксальным выводам. Один из них заключается в том, что пространство и время во многом схожи.


Простой пример: куда бы мы ни смотрели, мы смотрим в прошлое, поскольку свету нужно время, чтобы дойти до наших глаз или до чувствительных элементов оптических приборов. Наблюдая квазар, находящийся в миллиарде световых лет от нас, мы видим, каким он был миллиард лет назад, когда лучи света, пришедшие в наш телескоп, только начали путь по Вселенной. Такое смешение пространства и времени может показаться сложным для понимания, но оно лежит в основе природы нашей Вселенной.


Теория относительности Эйнштейна–Пуанкаре установила: только те события, которые можно мгновенно связать информационно, являются одновременными. Единое «настоящее», то есть часы, синхронно идущие в различных точках пространства, можно ввести только в рамках конкретной инерциальной системы отсчета. Однако этого нельзя сделать одновременно для двух различных систем отсчета.


В течение долгих лет физики пытались объединить две противостоящие друг другу теории (этернализм и презентизм) путем составления Великого Объединяющего Уравнения, полагая, что все во Вселенной должно быть связано между собой – от частиц до галактик. Такое уравнение было создано: его разработали физики Джон Уилер и Брайс Девитт.


Их открытие сразу показалось спорным, потому что если уравнение правильное, то на самом фундаментальном уровне материи такого понятия, как время, вообще не существует. Сказать, что времени не существует, – то же самое, что заявить, что оно является отдельной субстанцией, отдельным четвертым измерением пространственно-временного континуума, а значит, отвесить мощный реверанс в сторону теории этернализма.


Как время стало четвертой координатой


Проблемы с физическим временем начались еще во времена Исаака Ньютона. Время в мире Исаака Ньютона течет над вещами – есть объективная арена пространства, а есть объективная арена времени. Ньютон установил: движение звезд и планет обусловлено тем, что все тела притягиваются друг к другу. И притягиваются тем сильнее, чем больше их массы и чем меньше расстояние между ними. Эти выводы он оформил в так называемый закон всемирного тяготения.


Теория Ньютона никак не объясняет природу данного явления. Этим и занялся Альберт Эйнштейн. Он пришел к выводу, что чем больше масса тела, тем сильнее оно искажает само пространство-время. Строгость классической физики отныне рушится. Движение понимается как движение относительно наблюдателя: оба наблюдателя – в вагоне поезда и на перроне – одинаково правы в оценках.


В 1887 году, за 18 лет до создания Эйнштейном общей теории относительности (ОТО), опыт Майкельсона–Морли показал, что скорость света с точки зрения наблюдателя на Земле остается постоянной вне зависимости от того, приближается ли Земля к источнику света или движется перпендикулярно к нему. Эту проблему решает в 1905 году Эйнштейн, формулируя специальную теорию относительности (СТО): законы физики одинаковы для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от их скорости. Скорость света постоянна для движущегося наблюдателя.


Но возникает парадокс времени: если скорость одинакова, а расстояние, которое проходит тело, с точки зрения двух наблюдателей (в поезде и на платформе) различно, значит, они по-разному оценивают и время. Так время тоже стало относительным – четвертой координатой. Теперь время под влиянием ОТО понимается как четвертое измерение, главное отличие которого от первых трех (пространства) заключается в том, что время необратимо (анизотропно).


Так что, все-таки нельзя вернуться в прошлое и убить собственного дедушку, как это предлагается в знаменитом парадоксе?


Ненаблюдаемое прошлое


В классической физике, располагая полными данными о настоящем, можно восстановить картину прошлого. Это соответствует интуитивному убеждению в существовании определенного прошлого. Но квантовая физика, которую разрабатывал Стивен Хокинг в книге «Высший замысел» (русское издание 2012 года) утверждает, что при самом детальном наблюдении настоящего ненаблюдаемое прошлое неопределенно и представляет собой сумму предысторий.


Это коренное отличие квантовой механики от ньютоновской сформулировал Ричард Фейнман еще в середине 1940-х годов: в механике Ньютона движущиеся предметы проходят через фильтр с двумя отверстиями строго определенным путем. Но если на фильтр направить пучок частиц (или даже одну частицу), они пройдут через эти отверстия всеми мыслимыми путями – и прямым, и через Альфу Центавра, и через соседний гастроном с Макдональдсом, пройдут в одно отверстие, выйдут через другое и снова войдут.


Фейнман вводит понятие «суммы предысторий» – все возможные пути частиц, по итогам которых мы наблюдаем результаты эксперимента. Мы не можем предсказывать не только будущее, но даже прошлое – мы не знаем, как именно частица попала в данную конкретную точку, но мы можем рассматривать совокупность всех ее возможных путей.


Поскольку ненаблюдаемое прошлое неопределенно, а наблюдение меняет поведение системы, то выводимое из наблюдений прошлое еще и изменено по сравнению с ненаблюдаемым: наблюдая за системой, мы меняем не только ее настоящее, но и прошлое.


Теория в экстремальных обстоятельствах


Как же возможно сочетание классической физики с неопределенностью и непредсказуемостью квантовой механики? Вероятно, происходит примерно то же, что и в специальной теории относительности: теория начинает действовать в «экстремальных обстоятельствах». Для движущегося объекта влияние скорости на массу становится заметным при приближении к скорости света, а время постепенно замедляется, останавливается.


В каких экстремальных условиях квантовые законы и, как следствие, исчезновение измерения времени могут проявиться на уровне Вселенной, задает вопрос Стивен Хокинг. Очевидно, когда Вселенная сравнима размерами с атомным ядром. Именно это подразумевает теория Большого взрыва. Все начинается с сингулярности – точки, в которой температура, плотность и искривление Вселенной бесконечны. Из этой точки Вселенная начинает расширяться, и ее расширение продолжается до сих пор.


Обратив вспять расширение, мы увидим, как содержимое Вселенной сближается, все более сжимаясь. В конце концов, в самом начале космической истории весь мир находится в состоянии бесконечного сжатия и стянут в точку – в сингулярность. Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что форма пространства-времени определяется распределением энергии и материи. И когда энергия и материя бесконечно сжаты, то пространство-время тоже сжато – оно просто исчезает.


Предположение, что Вселенная расширяется – вопреки прежней статичной модели, – было подтверждено в 1929 году астрономом Эдвином Хабблом на основании наблюдений за спектром звезд. Если проследить историю расширяющейся Вселенной вспять, Вселенная будет уменьшаться, пока в момент Большого взрыва не обратится в сингулярность. В этой точке действуют законы квантовой механики: частицы движутся всеми возможными путями, и Вселенная может иметь бесконечное множество предысторий. Что же происходит со временем?


Общая теория относительности объединяется с квантовой теорией: искривление времени-пространства настолько велико, что все четыре измерения ведут себя одинаково. Иными словами, времени как особого параметра нет. А если времени нет, то нет и возможности говорить о начале Вселенной во времени, что устраняет проблему творения из ничего или Бога. Стивен Хокинг пишет: «Бог не мог сотворить мир за семь дней, потому что до самого творения не было времени».


Таким образом, сингулярность в начале Вселенной является не событием во времени, а скорее временной границей или краем. До момента t = 0 никакого времени не было. Поэтому не было и времени, когда преобладала пустота или Ничто. И не было никакого «возникновения» – по крайней мере во времени. Вселенная имеет конечный возраст, хоть и существовала всегда, если под «всегда» подразумевать все моменты времени. Вековой парадокс разрешается!


Мир без начала


По поводу конечности мира во времени давно идут горячие споры. Отец протонауки Аристотель считал, что космос вечен и не имеет начала во времени. В XIII веке Католическая церковь объявила возникновение мира догматом веры. Хотя Фома Аквинский, проявляя приверженность к учению Аристотеля, настаивал, что с философской точки зрения это недоказуемо. Иммануил Кант утверждал, что мир без начала приводит к парадоксу: как может наступить сегодня, если сначала должно пройти бесконечное число дней?


Парадокс бесконечного прошлого в том, что в таком случае к настоящему моменту должен был быть совершен бесконечный ряд действий. Хотя нет ничего невозможного в совершении бесконечного ряда действий, если вы располагаете бесконечным временем для их совершения. Да и математически возможно совершить бесконечный ряд действий за конечное время при условии, что вы совершаете их все быстрее и быстрее.


Допустим, вы можете завершить первое действие за час, тогда второе займет у вас половину часа, третье – четверть часа, четвертое – одну восьмую часа и так далее. В этом темпе вы завершите бесконечный ряд действий всего лишь за два часа. На самом деле каждый раз, прочитывая предложение этой статьи, вы совершаете невозможное – поскольку, как заметил античный философ Зенон, пройденное расстояние можно разделить на бесконечное число все более крохотных интервалов.


Вот и нет ничего абсурдного в бесконечном прошлом. Теоретически вполне могла быть бесконечная последовательность дней до сегодняшнего утра – при условии, что у нас был бесконечный промежуток времени, в течение которого они могли пройти.


Стивен Хокинг разрабатывает еще одну интересную идею. М-теория (развитие космологической теории струн) дает ответ на вопрос о появлении мира. Она содержит предсказание, что из ничего было создано огромное множество Вселенных. Все они составляют одну большую Мультивселенную (Мультиверсум). Эти многочисленные вселенные возникают естественным путем по законам физики без участия Бога. Но как из ничего возникает все, какие естественные законы здесь вступают в действие?


Считается, что сам Большой взрыв лучше всего объясняет теория, названная «новой инфляционной космологией». Согласно этой теории, взрывы, создающие вселенные, подобно Большому взрыву, случаются довольно часто. Инфляционная космология полагает, что наша Вселенная, которая возникла 14,5 млрд лет назад, появилась из пространства-времени уже существовавшей Вселенной и не является единственной физической реальностью, а представляет собой лишь невообразимо крохотную часть Мультивселенной.


Хотя каждый из миров внутри Мультиверсума имеет определенное начало во времени, вся самовоспроизводящаяся структура в целом может быть вечной. Мы вновь возвращаемся к этернализму Хокинга, к концепции статичной Вселенной, которая казалась навсегда отброшенной с открытием Большого взрыва.


В «Краткой истории времени» Стивен Хокинг признает, что вопрос о возникновении Вселенной в рамках современной физики остается нерешенным. Соблазнительная надежда, что через несколько лет или десятилетий ответы будут получены, не оправдала возложенных на нее ожиданий – траектория науки последнего времени убеждает, что поиск едва ли когда-нибудь остановится. Да и сами представления о Теории Всего успели несколько измениться: если Эйнштейн надеялся на несколько изящных уравнений, увязывающих все силы природы (а лучше бы – одно, как у него), то современная космология предполагает комплект законов, которые будут перекрываться и дополнять друг друга, как проекции Земли на плоской карте.


Применив квантовую механику, то есть теорию «бесконечно малого мира», к огромным пространствам Вселенной, физики – и среди них Стивен Хокинг – приходят к выводу, что Вселенная имеет не одну историю прошлого, как в классической картине мира, но все возможные истории существуют одновременно. Однако мы находимся в той конкретной Вселенной, где возможно присутствие человека – а значит, все законы этой Вселенной подстроены под возможность существования планет, жизни, разума. И из всех предысторий выбираются те, которые приводят к появлению человека.


Стивен Хокинг утверждает, что будь протоны на 0,2% тяжелее, они распались бы на нейтроны, дестабилизируя атомы. «Наша Вселенная и ее законы выглядят так, словно они сделаны на заказ по проекту, разработанному специально для нас, а раз уж нам дано существовать, то они (законы) оставляют мало места для каких-либо изменений. Это нелегко объяснить, и возникает естественный вопрос: почему же это так?» – пишет он.


И продолжает: «Хотя «привилегия», дарованная человеку в этой Вселенной, не должна, как это было в древности, подводить нас к мысли об уникальности нашего мира – или его единственности». 

Стивен Хокинг

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.

 

‘В научной фантастике искажения пространства и времени — обычное дело. Они используются для быстрых путешествий по галактике или для путешествий во времени. Но сегодняшняя научная фантастика часто является завтрашним научным фактом. Итак, каковы шансы искривления пространства и времени.

Идея о том, что пространство и время могут быть искривлены или искривлены, появилась сравнительно недавно. Более двух тысяч лет аксиомы евклидовой геометрии считались самоочевидными. Как могут помнить те из вас, кто был вынужден изучать евклидову геометрию в школе, одно из следствий этих аксиом состоит в том, что сумма углов треугольника составляет сто 80 градусов.

Однако в прошлом веке люди начали понимать, что возможны и другие формы геометрии, в которых сумма углов треугольника не обязательно должна составлять сто 80 градусов. Рассмотрим, например, поверхность Земли. Ближайшая к прямой линии на поверхности Земли так называемая большая окружность. Это самые короткие пути между двумя точками, поэтому они являются корнями, которые используют воздушные линии. Рассмотрим теперь треугольник на поверхности Земли, состоящий из экватора, линии 0 градусов долготы, проходящей через Лондон, и линии 9 градусов долготы.0 градусов восточной долготы, через Бангладеш. Две линии долготы встречаются с экватором под прямым углом, 90 градусов. Две линии долготы также встречаются на северном полюсе под прямым углом или 90 градусов. Таким образом, у человека есть треугольник с тремя прямыми углами. Углы этого треугольника в сумме составляют двести семьдесят градусов. Это больше, чем сто восемьдесят градусов для треугольника на плоской поверхности. Если бы кто-то нарисовал треугольник на поверхности в форме седла, то обнаружил бы, что сумма углов составляет менее ста восьмидесяти градусов. Поверхность Земли – это то, что называют двумерным пространством. То есть вы можете двигаться по поверхности Земли, в двух направлениях под прямым углом друг к другу: вы можете двигаться с севера на юг, или с востока на запад. Но, конечно, есть и третье направление, перпендикулярное этим двум, и это направление вверх или вниз. То есть поверхность Земли существует в трехмерном пространстве. Трехмерное пространство плоское. Другими словами, он подчиняется евклидовой геометрии. Углы треугольника в сумме составляют сто восемьдесят градусов. Однако можно представить себе расу двумерных существ, которые могли бы передвигаться по поверхности Земли, но не могли бы ощущать третье направление, верх или низ. Они не знали бы о плоском трехмерном пространстве, в котором живет поверхность Земли. Для них пространство было бы искривленным, а геометрия — неевклидовой. Было бы очень трудно создать живое существо, которое могло бы существовать только в двух измерениях. Еду, которую существо не могло переварить, приходилось выплевывать так же, как она попала внутрь. Если бы прямо на пути был проход, как у нас, бедное животное развалилось бы на части.

Итак, три измерения, кажется, минимум для жизни. Но точно так же, как можно думать о двухмерных существах, живущих на поверхности Земли, так можно представить, что трехмерное пространство, в котором мы живем, было поверхностью сферы в другом измерении, которое мы не видим. Если бы сфера была очень большой, пространство было бы почти плоским, и евклидова геометрия была бы очень хорошим приближением на малых расстояниях. Но мы бы заметили, что евклидова геометрия ломалась на больших расстояниях. В качестве иллюстрации представьте себе бригаду художников, добавляющих краску на поверхность большого шара. По мере увеличения толщины слоя краски площадь поверхности будет увеличиваться. Если бы мяч находился в плоском трехмерном пространстве, можно было бы бесконечно добавлять краску, и мяч становился бы все больше и больше. Однако, если бы трехмерное пространство действительно было поверхностью сферы в другом измерении, его объем был бы большим, но конечным. По мере добавления новых слоев краски шар в конечном итоге заполнял половину пространства. После этого маляры обнаруживали, что оказались в ловушке в области постоянно уменьшающихся размеров, и почти все пространство было занято шаром и его слоями краски. Чтобы они знали, что живут в искривленном пространстве, а не в плоском.

 

Этот пример показывает, что нельзя вывести геометрию мира из первоначал, как думали древние греки. Вместо этого нужно измерить пространство, в котором мы живем, и выяснить его геометрию опытным путем. Однако, хотя способ описания искривленных пространств был разработан немцем Георгом Фридрихом Риманом в 1854 году, в течение шестидесяти лет он оставался всего лишь частью математики. Она могла описывать искривленные пространства, существующие абстрактно, но казалось, что нет никаких причин, по которым физическое пространство, в котором мы живем, должно быть искривленным. Это произошло только в 1915, когда Эйнштейн выдвинул общую теорию относительности.

Общая теория относительности была крупной интеллектуальной революцией, изменившей наши представления о Вселенной. Это теория не только искривленного пространства, но и искривленного или искривленного времени. В 1905 году Эйнштейн понял, что пространство и время тесно связаны друг с другом. Можно описать место события четырьмя числами. Три числа описывают положение события. Они могут быть в милях к северу и востоку от Оксфордского цирка и на высоте над уровнем моря. В более крупном масштабе это могут быть галактическая широта и долгота, а также расстояние от центра галактики. Четвертая цифра – время события. Таким образом, можно думать о пространстве и времени вместе, как о четырехмерном объекте, называемом пространством-временем. Каждая точка пространства-времени помечена четырьмя числами, которые определяют ее положение в пространстве и во времени. Объединение таким образом пространства и времени в пространство-время было бы довольно тривиальным, если бы можно было распутать их уникальным способом. То есть, если бы существовал уникальный способ определения времени и положения каждого события. Однако в замечательной статье, написанной в 1905, когда он был клерком в швейцарском патентном бюро, Эйнштейн показал, что время и положение, в котором, по мнению человека, произошло событие, зависят от того, как человек движется. Это означало, что время и пространство были неразрывно связаны друг с другом. Время, которое разные наблюдатели приписали бы событиям, совпало бы, если бы наблюдатели не двигались относительно друг друга. Но они будут не соглашаться тем больше, чем выше их относительная скорость. Поэтому можно спросить, как быстро нужно идти, чтобы время для одного наблюдателя пошло назад относительно времени другого наблюдателя. Ответ дан в следующем лимерике.

Жила-была барышня из Уайта,
Кто путешествовал намного быстрее света,
Она ушла однажды,
В относительном смысле,
И прибыл накануне вечером.

Итак, все, что нам нужно для путешествия во времени, это космический корабль, который будет двигаться быстрее света. К сожалению, в той же статье Эйнштейн показал, что мощность ракеты, необходимая для ускорения космического корабля, становилась все больше и больше по мере приближения к скорости света. Так что потребуется бесконечное количество энергии, чтобы разогнаться до скорости света.

Работа Эйнштейна 1905 года, казалось, исключала возможность путешествия во времени в прошлое. Это также указывало на то, что космическое путешествие к другим звездам будет очень медленным и утомительным делом. Если бы человек не мог двигаться быстрее света, путешествие туда и обратно к ближайшей звезде заняло бы не менее восьми лет, а до центра галактики — не менее восьмидесяти тысяч лет. Если бы космический корабль двигался со скоростью, близкой к скорости света, людям на борту могло бы показаться, что путешествие к галактическому центру заняло всего несколько лет. Но это не было бы большим утешением, если бы все, кого вы знали, были мертвы и забыты тысячи лет назад, когда вы вернулись. Это не очень хорошо для космических вестернов. Так что писателям-фантастам пришлось искать способы обойти эту трудность.

В своей статье 1915 года Эйнштейн показал, что эффекты гравитации могут быть описаны, если предположить, что пространство-время искривлено или искажено материей и энергией в нем. Мы действительно можем наблюдать это искривление пространства-времени, вызванное массой Солнца, в легком искривлении света или радиоволн, проходящих близко к Солнцу. Это приводит к небольшому смещению видимого положения звезды или радиоисточника, когда Солнце находится между Землей и источником. Сдвиг очень мал, около одной тысячной градуса, что эквивалентно перемещению на дюйм на расстоянии мили. Тем не менее его можно измерить с большой точностью, и он согласуется с предсказаниями общей теории относительности. У нас есть экспериментальные доказательства того, что пространство и время искривлены.

 

Степень искривления в нашем районе очень мала, потому что все гравитационные поля в Солнечной системе слабы. Однако мы знаем, что могут возникать очень сильные поля, например, при Большом взрыве или в черных дырах. Итак, могут ли пространство и время быть искривлены достаточно, чтобы соответствовать требованиям научной фантастики для таких вещей, как гиперпространственные двигатели, червоточины или путешествия во времени. На первый взгляд все это кажется возможным. Например, в 1948 году Курт Гедель нашел решение уравнений поля общей теории относительности, которое представляет Вселенную, в которой вращается вся материя. В этой вселенной можно было бы улететь на космическом корабле и вернуться до того, как отправишься в путь. Гедель работал в Институте перспективных исследований в Принстоне, где и Эйнштейн провел свои последние годы. Он был более известен тем, что доказал, что нельзя доказать все, что верно, даже в таком, казалось бы, простом предмете, как арифметика. Но то, что он доказал об общей теории относительности, позволяющей путешествовать во времени, очень расстроило Эйнштейна, который думал, что это невозможно.

Теперь мы знаем, что решение Геделя не могло представить вселенную, в которой мы живем, потому что она не расширялась. Он также имел довольно большое значение для величины, называемой космологической постоянной, которая обычно считается равной нулю. Однако с тех пор были найдены другие, по-видимому, более разумные решения, позволяющие путешествовать во времени. Особенно интересна одна из них, состоящая из двух космических струн, движущихся мимо друг друга со скоростью, очень близкой к скорости света, но немного меньшей. Космические струны — замечательная идея теоретической физики, которую писатели-фантасты, похоже, не уловили. Как следует из их названия, они похожи на струны в том смысле, что имеют длину, но крошечное поперечное сечение. На самом деле они больше похожи на резиновые ленты, потому что находятся под огромным натяжением, что-то вроде ста миллиардов миллиардов миллиардов тонн. Космическая струна, прикрепленная к Солнцу, ускорит его до шестидесяти за тридцатую долю секунды.

Космические струны могут показаться надуманными и чистой научной фантастикой, но есть веские научные основания полагать, что они могли образоваться в очень ранней Вселенной, вскоре после Большого Взрыва. Поскольку они находятся под таким сильным напряжением, можно было бы ожидать, что они разгонятся почти до скорости света.

 

Что общего у Геделевой вселенной и быстро движущегося пространства-времени космических струн, так это то, что они начинаются настолько искаженными и искривленными, что путешествия в прошлое всегда были возможны. Бог мог создать такую ​​искривленную вселенную, но у нас нет оснований думать, что Он это сделал. Все свидетельствует о том, что Вселенная возникла в результате Большого Взрыва, без необходимой деформации, позволяющей путешествовать в прошлое. Поскольку мы не можем изменить то, как началась Вселенная, вопрос о том, возможны ли путешествия во времени, заключается в том, можем ли мы впоследствии сделать пространство-время настолько искривленным, чтобы можно было вернуться в прошлое. Я думаю, что это важный предмет для исследования, но нужно быть осторожным, чтобы не прослыть чудаком. Если кто-то подавал заявку на исследовательский грант для работы над путешествиями во времени, ее немедленно отклоняли. Ни одно государственное учреждение не могло позволить себе быть замеченным в расходовании государственных денег на что-то столь же необычное, как путешествие во времени. Вместо этого приходится использовать технические термины, такие как замкнутое время, например, кривые, которые являются кодом для путешествия во времени. Хотя эта лекция отчасти посвящена путешествиям во времени, я счел нужным дать ей более респектабельное с научной точки зрения название «Искажения пространства и времени». Тем не менее, это очень серьезный вопрос. Поскольку Общая теория относительности допускает путешествия во времени, допускает ли она их в нашей Вселенной? И если нет, то почему.

Тесно связанная с путешествиями во времени способность быстро перемещаться из одного положения в пространстве в другое. Как я уже говорил, Эйнштейн показал, что потребуется бесконечное количество ракетной мощности, чтобы разогнать космический корабль до скорости, превышающей скорость света. Таким образом, единственный способ добраться из одной части галактики в другую за разумное время, по-видимому, состоит в том, чтобы искривить пространство-время настолько сильно, что мы создали маленькую трубку или червоточину. Это могло бы соединить две стороны галактики и стать кратчайшим путем, чтобы добраться от одной до другой и обратно, пока ваши друзья были еще живы. Такие червоточины серьезно предполагались, поскольку они были в пределах возможностей будущей цивилизации. Но если вы можете путешествовать с одной стороны галактики на другую через неделю или две, вы можете вернуться через другую червоточину и вернуться до того, как отправитесь в путь. С помощью единственной червоточины можно было бы даже отправиться в прошлое, если бы два ее конца двигались относительно друг друга.

Можно показать, что для создания червоточины необходимо искривить пространство-время в противоположном направлении, чем обычное вещество искривляет его. Обычная материя искривляет пространство-время, как поверхность Земли.

Однако для создания червоточины нужна материя, искривляющая пространство-время в обратную сторону, как поверхность седла. То же самое можно сказать и о любом другом способе искривления пространства-времени, чтобы позволить путешествовать в прошлое, если Вселенная не была изначально искривлена ​​настолько, что допускала путешествия во времени. Что нужно, так это материя с отрицательной массой и отрицательной плотностью энергии, чтобы заставить пространство-время искривляться нужным образом.

Энергия похожа на деньги. Если у вас есть положительный баланс в банке, вы можете распределять его различными способами. Но по классическим законам, в которые верили до недавнего времени, нельзя иметь перерасход энергии. Таким образом, эти классические законы исключали бы возможность искривления Вселенной таким образом, который необходим для путешествия во времени. Однако классические законы были опровергнуты квантовой теорией, которая является другой великой революцией в нашей картине Вселенной, помимо общей теории относительности. Квантовая теория более расслаблена и позволяет вам иметь овердрафт на одном или двух счетах. Если бы только банки были такими сговорчивыми. Другими словами, квантовая теория допускает, что в одних местах плотность энергии может быть отрицательной, а в других — положительной.

Причина, по которой квантовая теория допускает отрицательное значение плотности энергии, заключается в том, что она основана на принципе неопределенности.

Это говорит о том, что некоторые величины, такие как положение и скорость частицы, не могут одновременно иметь четко определенные значения. Чем точнее определено положение частицы, тем больше неопределенность в ее скорости, и наоборот. Принцип неопределенности также применим к полям, таким как электромагнитное или гравитационное поле. Это означает, что эти поля не могут быть точно обнулены даже в том, что мы считаем пустым пространством. Ибо если бы они были точно нулевыми, их значения имели бы как четко определенное положение в нуле, так и четко определенную скорость, которая также была бы равна нулю. Это было бы нарушением принципа неопределенности. Вместо этого поля должны были бы иметь определенное минимальное количество флуктуаций. Эти так называемые вакуумные флуктуации можно интерпретировать как пары частиц и античастиц, которые внезапно появляются вместе, расходятся, а затем снова собираются вместе и аннигилируют друг друга. Эти пары частица-античастица называются виртуальными, потому что их нельзя измерить непосредственно с помощью детектора частиц. Однако можно наблюдать их влияние косвенно. Один из способов сделать это — так называемый эффект Казимира. У одного есть две параллельные металлические пластины, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга. Пластины действуют как зеркала для виртуальных частиц и античастиц. Это означает, что область между пластинами немного похожа на органную трубу и пропускает световые волны только определенных резонансных частот. В результате между пластинами немного меньше флуктуаций вакуума или виртуальных частиц, чем вне их, где флуктуации вакуума могут иметь любую длину волны. Уменьшение количества виртуальных частиц между пластинами означает, что они не так часто ударяются о пластины и, следовательно, не оказывают на пластины такого большого давления, как виртуальные частицы снаружи. Таким образом, существует небольшая сила, сталкивающая пластины вместе. Эта сила была измерена экспериментально. Так что виртуальные частицы действительно существуют и производят реальные эффекты. Поскольку между пластинами меньше виртуальных частиц или флуктуаций вакуума, они имеют меньшую плотность энергии, чем в области снаружи. Но плотность энергии пустого пространства вдали от пластин должна быть равна нулю. В противном случае это искривило бы пространство-время, и Вселенная не была бы почти плоской. Поэтому плотность энергии в области между пластинами должна быть отрицательной.

Таким образом, у нас есть экспериментальное свидетельство искривления света, что пространство-время искривлено, и подтверждение эффекта Казимира, что мы можем искривлять его в отрицательном направлении. Поэтому может показаться возможным, что по мере развития науки и технологий мы сможем построить червоточину или исказить пространство и время каким-то другим способом, чтобы иметь возможность путешествовать в наше прошлое. Если бы это было так, то возникло бы множество вопросов и проблем. Один из них: если когда-нибудь в будущем мы научимся путешествовать во времени, почему никто не вернулся из будущего, чтобы рассказать нам, как это сделать.

Даже если бы были веские причины держать нас в неведении, такова уж человеческая природа, трудно поверить, что кто-то не стал бы хвастаться и рассказывать нам, бедным отсталым крестьянам, секрет путешествий во времени. Конечно, некоторые люди будут утверждать, что нас посетили из будущего. Они сказали бы, что НЛО пришли из будущего, и что правительства вовлечены в гигантский заговор, чтобы скрыть их и сохранить для себя научные знания, которые приносят эти пришельцы. Все, что я могу сказать, это то, что если правительства что-то и скрывали, то они плохо справляются с задачей извлечения полезной информации от инопланетян. Я довольно скептически отношусь к теориям заговора, полагая, что теория дерьма более вероятна. Сообщения о наблюдениях НЛО не могут быть вызваны инопланетянами, потому что они взаимно противоречат друг другу. Но как только вы признаете, что некоторые из них являются ошибками или галлюцинациями, не более ли вероятно, что все они таковы, чем то, что нас посещают люди из будущего или с другой стороны галактики? Если они действительно хотят колонизировать Землю или предупредить нас о какой-то опасности, они действуют довольно неэффективно.

Возможный способ примирить путешествие во времени с тем фактом, что у нас, похоже, не было посетителей из будущего, было бы сказать, что это может произойти только в будущем. С этой точки зрения можно было бы сказать, что пространство-время в нашем прошлом было фиксированным, потому что мы наблюдали его и видели, что оно недостаточно искривлено, чтобы позволить путешествовать в прошлое. С другой стороны, будущее открыто. Так что мы могли бы достаточно деформировать его, чтобы позволить путешествовать во времени. Но поскольку мы можем искривлять пространство-время только в будущем, мы не сможем вернуться в настоящее время или раньше.

Эта картинка объяснила бы, почему нас не задавили туристы из будущего.

Но это все равно оставило бы много парадоксов. Предположим, можно было бы взлететь на ракетном корабле и вернуться до того, как вы отправитесь в путь. Что помешает вам взорвать ракету на ее стартовой площадке или вообще помешает вам отправиться в путь? Есть и другие версии этого парадокса, например, возвращение и убийство своих родителей до вашего рождения, но по сути они эквивалентны. Кажется, есть два возможных решения.

Один из них я назову последовательным подходом к истории. В нем говорится, что нужно найти непротиворечивое решение уравнений физики, даже если пространство-время настолько искривлено, что можно путешествовать в прошлое. С этой точки зрения вы не могли отправиться на ракетном корабле путешествовать в прошлое, если вы уже не вернулись и не взорвали стартовую площадку. Это последовательная картина, но она означала бы, что мы были полностью решительны: мы не могли изменить свое мнение. Так много для свободы воли. Другая возможность — это то, что я называю подходом альтернативных историй. Его отстаивал физик Дэвид Дойч, и, кажется, именно это имел в виду Стивен Спилберг, когда снимал «Назад в будущее».

С этой точки зрения, в одной альтернативной истории не было бы никакого возвращения из будущего до того, как ракета отправится в путь, и, следовательно, не было бы возможности ее взрыва. Но когда путешественник возвращается из будущего, он попадает в другую альтернативную историю. В этом человеческая раса прилагает огромные усилия, чтобы построить космический корабль, но незадолго до того, как он должен быть запущен, аналогичный космический корабль появляется с другой стороны галактики и уничтожает его.
Дэвид Дойч утверждает, что поддерживает подход альтернативных историй, основанный на концепции суммы по историям, введенной физиком Ричардом Фейнманом, который умер несколько лет назад. Идея состоит в том, что, согласно квантовой теории, вселенная не имеет единственной уникальной истории.

Вместо этого у Вселенной есть все возможные истории, каждая со своей вероятностью. Должна быть возможная история, в которой был бы прочный мир на Ближнем Востоке, хотя вероятность этого мала. В некоторых историях пространство-время будет настолько искривлено, что такие объекты, как ракеты, смогут путешествовать в свое прошлое. Но каждая история полна и самодостаточна, описывая не только искривленное пространство-время, но и находящиеся в нем объекты. Так что ракета не может перейти в другую альтернативную историю, когда снова обернется. Это все еще в той же истории, которая должна быть самосогласованной. Таким образом, несмотря на то, что утверждает Дойч, я думаю, что идея суммирования историй поддерживает гипотезу непротиворечивых историй, а не идею альтернативных историй.

Таким образом, кажется, что мы застряли на последовательной картине истории. Однако это не обязательно связано с проблемами детерминизма или свободы воли, если вероятности очень малы, для историй, в которых пространство-время искривлено настолько, что путешествия во времени возможны в макроскопической области. Это то, что я называю Гипотезой защиты хронологии: законы физики сговариваются, чтобы предотвратить путешествие во времени в макроскопическом масштабе.

Похоже, что когда пространство-время искажается почти настолько, что позволяет путешествовать в прошлое, виртуальные частицы могут стать почти реальными частицами, следуя замкнутым траекториям. Плотность виртуальных частиц и их энергия становятся очень большими. Это означает, что вероятность этих историй очень мала. Таким образом, кажется, что может работать Агентство по защите хронологии, делающее мир безопасным для историков. Но эта тема искажений пространства и времени все еще находится в зачаточном состоянии. Согласно теории струн, которая является нашей главной надеждой объединить общую теорию относительности и квантовую теорию в Теорию Всего, пространство-время должно иметь десять измерений, а не только четыре, которые мы ощущаем. Идея состоит в том, что шесть из этих десяти измерений свернуты в такое маленькое пространство, что мы их не замечаем. С другой стороны, оставшиеся четыре направления довольно плоские и представляют собой то, что мы называем пространством-временем. Если эта картина верна, возможно, удастся устроить так, что четыре плоских направления перепутались с шестью сильно искривленными или искривленными направлениями. К чему это приведет, мы пока не знаем. Но это открывает захватывающие возможности.

Вывод этой лекции состоит в том, что согласно нашему нынешнему пониманию нельзя исключать быстрые космические путешествия или путешествия назад во времени. Они вызовут большие логические проблемы, поэтому будем надеяться, что существует Закон о защите хронологии, чтобы люди не возвращались и не убивали наших родителей. Но любителям фантастики не стоит унывать. Есть надежда на теорию струн.

Так как мы еще не взломали путешествие во времени, у меня кончилось время. Спасибо, что выслушали.’

Стивен Хокинг, физик, превосходящий пространство и время, умер в возрасте 76 лет

Вероятно, самый известный физик на Земле Стивен Хокинг, который умер в среду в Кембридже в возрасте 76 лет, во многом ошибался. Некоторое время он думал, что черные дыры уничтожают информацию, что, по мнению физиков, недопустимо. Он думал, что Лебедь X-1, излучатель рентгеновских лучей на расстоянии более 6000 световых лет, не окажется черной дырой. (Так оно и было.) Он думал, что никто никогда не найдет бозон Хиггса, частицу, косвенно ответственную за существование массы во Вселенной. (Исследователи ЦЕРНа обнаружили его в 2012 году.)

Но и Хокинг во многом был прав. Он и физик Роджер Пенроуз описали сингулярности, умопомрачительные физические концепции, в которых теория относительности и квантовая механика коллапсируют друг на друга — как в сердце черной дыры. Это место, которое ни один человек никогда не увидит воочию; горизонт событий черной дыры размазывает материю во времени и пространстве, как космическую пасту. Но разум Хокинга был достаточно уникален, чтобы это увидеть или, по крайней мере, вообразить.

Его расчеты помогли показать, что по мере того, как молодая Вселенная расширялась и росла за счет инфляции, флуктуации в квантовом масштабе — наименьшая возможная градация материи — превратились в галактики, которые мы видим вокруг себя. Ни один человек никогда не посетит другую галактику, и квантовое царство едва машет нам рукой в ​​наших технологиях, но Хокинг предвидел их обоих. И он подсчитал, что черные дыры иногда могут взорваться, и это расстроило бы даже лучшего мастера визуальных эффектов.

Более того, он мог объяснить это остальным из нас. Хокинг был Лукасовским заведующим кафедрой математики в Кембридже до выхода на пенсию в 2009 году, эту же должность занимали Исаак Ньютон, Чарльз Бэббидж и Поль Дирак. Но он также был выдающимся популяризатором некоторых из самых головокружительных концепций, которые может предложить наука. Его книга 1988 года «: Краткая история времени » разошлась тиражом более 10 миллионов экземпляров. Его образ — в электрическом инвалидном кресле, говорящий через синтезатор из-за осложнений дегенеративного заболевания — бокового амиотрофического склероза, — занудный шутник в таких телешоу, как «9».0004 Теория большого взрыва и Звездный путь: Следующее поколение — определили «ученого» во второй половине 20-го века, возможно, в такой же степени, как безумная прическа Альберта Эйнштейна и немецкий акцент в первой половине.

Возможно, это потому, что Хокинг был не только блестящим, но и забавным. Или хотя бы хитрый. По его собственным словам, он был трудным учеником. Ему поставили диагноз БАС в 1963 году в возрасте 21 года, и он думал, что ему осталось жить всего два года. Сообщается, что когда болезнь не прогрессировала так быстро, Хокинг сказал: «К моему удивлению, я обнаружил, что наслаждаюсь жизнью в настоящем больше, чем раньше. Я начал продвигаться в своих исследованиях». Поскольку его подвижность была ограничена из-за использования инвалидной коляски, он мчался в ней опасно. Он доказал, что путешествий во времени не существует, устроив вечеринку для путешественников во времени, но не рассылая приглашений, пока вечеринка не закончилась. Никто не пришел. Люди узнали о том, что он ошибался, потому что он готов был поспорить с другими учеными: его скептицизм в отношении того, что Лебедь X-1 был черной дырой, означал, что он был должен Кипу Торну из Калифорнийского технологического института подписку на Пентхаус . (На самом деле, как намекают условия этого пари, его преследовали слухи о жестоком обращении с женщинами.)

Хокинг стал не только научным, но и культурным символом. Какое-то время полиция подозревала его вторую жену и бывшую медсестру в насилии над ним; события легли в основу эпизода сериала «Закон и порядок: Преступное намерение ». Он играл самого себя в The Simpsons и был изображен в Family Guy и South Park .