Вселенная хокинга теория всего

Перевод оригинального издания:

The Theory of Everything

Печатается с разрешения Waterside Productions Inc и литературного агентства «Синопсис».

Оригинальное издание опубликовано Phoenix Books and Audio.

В этой серии лекций я постараюсь в общих чертах рассказать о наших представлениях об истории Вселенной от Большого взрыва до образования черных дыр. Первая лекция посвящена краткому обзору идей о строении Вселенной, которых придерживались в прошлом, и рассказу о том, как была построена современная картина мира. Эту часть можно назвать историей развития представлений об истории Вселенной.

Во второй лекции я опишу, как теории гравитации Ньютона и Эйнштейна привели к пониманию того, что Вселенная не может быть неизменной – она должна либо расширяться, либо сжиматься. Из этого, в свою очередь, следует вывод, что в какое-то время в интервале от 10 до 20 млрд лет назад плотность Вселенной была бесконечной. Эта точка на оси времени называется Большим взрывом. По-видимому, этот момент и был началом существования Вселенной.

В третьей лекции я расскажу о черных дырах. Они образуются, когда массивная звезда или более крупное космическое тело коллапсирует под действием собственной гравитации. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, каждый, кто окажется достаточно глуп, чтобы угодить в черную дыру, останется там навсегда. Никто не сможет оттуда выбраться. В сингулярности истории существования любого объекта приходит конец. Однако общая теория относительности – это теория классическая, то есть в ней не учитывается квантовомеханический принцип неопределенности.

В четвертой лекции я объясню, как квантовая механика позволяет энергии ускользать из черной дыры. Черные дыры не так уж черны, «как их малюют».

В пятой лекции я расскажу о применении идей квантовой механики к решению вопросов, связанных с Большим взрывом и происхождением Вселенной. Это подведет нас к пониманию того, что пространство-время может быть конечным, но не иметь границы или края. Это напоминает поверхность Земли, но с добавлением еще двух измерений.

В шестой лекции я покажу, как на основе этого нового предположения о границе можно объяснить, почему прошлое так сильно отличается от будущего, хотя законы физики симметричны относительно времени.

Наконец, в седьмой лекции я расскажу о попытках сформулировать единую теорию, охватывающую квантовую механику, гравитацию и все остальные физические взаимодействия. Если нам это удастся, мы действительно сможем понять Вселенную и свое место в ней.

Представления о Вселенной

Еще в 340 г. до н. э. Аристотель в своем трактате «О небе» сформулировал два веских довода в пользу того, что Земля имеет форму шара, а не является плоской, как тарелка. Во-первых, он понял, что лунные затмения вызваны прохождением Земли между Солнцем и Луной. Тень Земли на Луне – всегда круглая, а это возможно, только если Земля имеет сферическую форму. Если бы Земля представляла собой плоский диск, тень была бы вытянутой и имела бы форму эллипса, за исключением тех случаев, когда в момент затмения Солнце находится точно над центром диска.

Во-вторых, из опыта своих путешествий греки знали, что в южных районах Полярная звезда находится ниже над горизонтом, чем в более северных. Опираясь на разницу видимых положений Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель даже приводит оценку длины окружности Земли – 400 тыс. стадиев. Чему равен один стадий – точно не известно (возможно, около 180 метров). Тогда оценка Аристотеля почти в два раза превосходит значение, принятое в настоящее время.

У древних греков был еще и третий аргумент в пользу того, что Земля должна иметь форму шара: иначе почему на горизонте сначала появляются паруса приближающегося корабля и только потом становится виден его корпус? Аристотель думал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды движутся по круговым орбитам вокруг нее. Он так считал, поскольку в силу мистических соображений был убежден, что Земля – центр Вселенной, а круговое движение – самое совершенное.

Аристотель считал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды движутся по круговым орбитам вокруг нее.

В I веке н. э. эта идея была развита Птолемеем в целостную космологическую модель. Земля располагается в центре, ее окружают восемь сфер, несущих на себе Луну, Солнце, звезды и пять планет, известных в то время: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Планеты движутся по окружностям меньших радиусов, которые связаны с соответствующими сферами. Это требовалось, чтобы объяснить их достаточно сложные наблюдаемые траектории движения по небу. На внешней сфере расположены так называемые неподвижные звезды, которые сохраняют свои положения относительно друг друга, но все вместе совершают круговое движение по небу. Что находится за пределами внешней сферы – оставалось неясным, но эта часть Вселенной, несомненно, была недоступна для наблюдений.

Модель Птолемея давала возможность достаточно точно предсказывать положения небесных тел на небе. Но для этого Птолемею пришлось допустить, что иногда Луна подходит вдвое ближе к Земле, чем в другие моменты своего движения по предсказанной траектории. Это означало, что периодически Луна должна казаться вдвое больше обычного. Птолемей знал об этом недостатке, но, несмотря на это, его модель была принята большинством, хотя и не всеми. Она получила одобрение христианской церкви, как картина мира, согласующаяся со Священным писанием. Ведь эта модель обладала огромным преимуществом, поскольку оставляла за сферой неподвижных звезд достаточно места для рая и ада.

Старинный рисунок, на котором изображены разные космологические модели, объяснявшие движение планет. На центральной схеме представлена гелиоцентрическая (в центре находится Солнце) модель движения шести известных в то время планет, их спутников и других небесных тел, обращающихся вокруг Солнца. Со второго века доминирующей моделью стала геоцентрическая (в центре находится Земля) система Птолемея (вверху слева). На смену ей пришла гелиоцентрическая система Коперника, опубликованная в 1543 г. (внизу справа). В египетской модели (внизу слева) и модели Тихо Браге (вверху справа) предпринимались попытки сохранить представление о неподвижной Земле как центре Вселенной. Подробные сведения об орбитах планет приведены слева и справа.

Из «Иллюстрированного атласа» Иоганна Георга Хека, 1860 г.

Однако в 1514 г. польский священник Николай Коперник предложил гораздо более простую модель. Сначала, опасаясь обвинений в ереси, он опубликовал свою модель анонимно. Он считал, что в центре находится неподвижное Солнце, а Земля и планеты движутся вокруг него по круговым орбитам. К несчастью для Коперника, прошло почти сто лет, прежде чем его идеи были приняты всерьез. Тогда два астронома – немец Иоганн Кеплер и итальянец Галилео Галилей – публично выступили в поддержку теории Коперника несмотря на то, что орбиты, предсказанные на основе этой теории, несколько отличались от наблюдаемых. Конец господству теории Аристотеля-Птолемея был положен в 1609 г., когда Галилео Галилей начал изучать ночное небо с помощью недавно изобретенного телескопа.

В 1609 г. Галилео Галилей начал изучать ночное небо с помощью недавно изобретенного телескопа.

Наблюдая Юпитер, Галилей заметил, что планету сопровождают несколько небольших спутников (лун), которые обращаются вокруг нее. Это означало, что не все небесные тела должны обращаться вокруг Земли, как думали Аристотель и Птолемей. Конечно, по-прежнему можно было считать, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной, а спутники Юпитера движутся по крайне сложным траекториям вокруг Земли, так что создается видимость их обращения вокруг Юпитера. Однако теория Коперника была гораздо проще.

Источник

Его вселенная: пять главных теорий Стивена Хокинга

Стивен Хокинг родился в Оксфорде в 1942 году. В 20 лет он окончил Оксфордский университет, затем получил докторскую степень Кембриджского университета. Теоретик изучал возникновение мира в результате Большого взрыва, теорию черных дыр, написал «Краткую историю времени», «Черные дыры и молодые вселенные», «Мир в ореховой скорлупке».

Физику поставили в диагноз боковой амиотрофический склероз, через некоторое время его парализовало, но Хокинг не оставлял занятия наукой, когда он перестал говорить, то общался через компьютерный синтезатор речи.

В апреле 1988 года вышла книга Хокинга «Краткая история времени», которая сразу же стала бестселлером, в ней ученый занимается популяризацией науки, детально рассказывает о появлении Вселенной, природе пространства и времени, черных дырах (кстати, одна из них встречается в знаменитой формуле E=mc²

Теория Хокинга предполагает, что у Вселенной в какой-то момент было начало, которое получило название «большой взрыв»: «Умирающая звезда, сжимаясь под действием собственной гравитации, в конце концов, превращается в сингулярность — в точку бесконечной плотности и нулевого размера. Если повернуть вспять ход времени так, чтобы сжатие превратилось в расширение, станет возможным доказать, что у Вселенной было начало», — отмечал ученый.

Хокинг говорил, что одной из следствий квантовой механики, которая изучает состояния микрочастиц и их систем (элементарных частиц, атомов, молекул, кристаллов, атомных ядер), является то, что прошлые события не происходили по определенному сценарию. Они случались всеми возможными способами. «Независимо от того, какие воспоминания вы храните о прошлом в настоящее время, прошлое, как и будущее, неопределённо и существует в виде спектра возможностей», — писал Стивен Хокинг.

Излучение Хокинга. Это процесс «испарения» черных дыр, который был предсказен Хокингом в 1974 году: «Когда огромная звезда сжимается, ее гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может больше покидать ее пределы. Область, из которой ничто не может выйти, и называется «черная дыра». А ее границы называются «горизонт событий».

Хокинг начал изучать поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики. Он выяснил, что частицы могут выходить за ее пределы и что черная дыра не может быть абсолютно черной, то есть существует остаточная радиация.

Позже Хокинг обнаружил и механизм, посредством которого черные дыры могут излучать радиацию. Он пояснил, что с точки зрения квантовой механики пространство наполнено виртуальными частицами.

Из этого Хокинг делает вывод, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.

Источник

Стивен Хокинг. Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной

– Как появилась Вселенная?

– Почему она именно такая, какой мы ее видим?

– Что ждет Вселенную в будущем?

– Имеет ли Вселенная конец или же она бесконечна?

– Черные дыры, и почему они не так уж черны?

– Как создать теорию, описывающую все во Вселенной?

Семь лекций Стивена Хокинга, в которых он простым языком последовательно объясняет самое интересное, происходившее с нашим миром за всю его историю, от Большого взрыва до черных дыр, прошлое и будущее Вселенной, а также понимание ее человеком.

Первая лекция посвящена истории представления людей о Вселенной.

Вторая повествует о теориях Ньютона и Эйнштейна, доказавших, что Вселенная расширяется.

В третьей лекции объясняется природа самых загадочных объектов космоса – черных дыр.

Четвертая посвящена тому, что черные дыры «не так уж и черны, как их малюют».

Пятая содержит хронологию Большого взрыва и объяснение того, как Вселенная может быть конечной, не имея ни конца, ни края.

Шестая показывает природу и сущность времени и его связи с пространством.

Наконец, в седьмой лекции Стивен Хокинг рассказывает о попытках создать революционную Теорию всего, объединяющую теорию относительности Эйнштейна с квантовой механикой. Ее создание ознаменует триумф человечества, мы сможем заявить, что понимаем эту Вселенную и отныне знаем свое место в ней.

Книга написана простым языком и будет понятна почти каждому. Рекомендуется к прочтению всем, кому интересно устройство нашей Вселенной, и кто, вглядываясь в ночное небо, задавался вопросом, что же скрывается за этой темнотой?

Источник

Теория всего. Происхождение и судьба Вселенной

Автор:	Стивен Хокинг
Перевод:	Н. Иванов
Жанр:	Физика

Эта книга объединила семь лекций всемирно знаменитого ученого, посвященных происхождению Вселенной и представлениям о ней — от Большого Взрыва до черных дыр и теории струн. А главное, тому, как создать на основе частных физических теорий великую объединенную теорию всего.

В этой серии лекций я попытаюсь вкратце обрисовать историю Вселенной, какой она нам представляется, от Большого Взрыва до черных дыр. Первая лекция содержит краткий обзор существовавших в прошлом представлений о строении мира и рассказ о том, как мы пришли к современной картине. Так что эту лекцию можно назвать хроникой теорий об истории Вселенной.

Вторая лекция объяснит, как теории гравитации Ньютона и Эйнштейна привели к заключению, что Вселенная не может быть стационарной — только расширяющейся, либо сжимающейся. Это, в свою очередь, предполагает, что в какое-то время в интервале от 10 до 20 млрд лет тому назад Вселенная имела бесконечную плотность. То был Большой Взрыв, который, по-видимому, стал «началом» существования Вселенной.

Теория всего. Происхождение и судьба Вселенной скачать fb2, epub, pdf, txt бесплатно

Увлекательно и доступно знаменитый английский физик Стивен Хокинг рассказывает нам о природе пространства и времени, о происхождении Вселенной и ее возможной судьбе.

Стивен Хокинг, величайший ученый современности, изменил наш мир. Его уход – огромная потеря для человечества. В своей финальной книге, над которой Стивен Хокинг работал практически до самого конца, великий физик делится с нами своим отношением к жизни, цивилизации, времени, Богу, к глобальным вещам, волнующим каждого из нас.

По Вселенной на астероиде – не может быть! Может! – не сомневаются знаменитый астрофизик Стивен Хокинг (интервью с ним читайте здесь), его дочь Люси и бывший аспирант, а ныне популяризатор науки Кристоф Гальфар, которые в сентябре 2007 года представили свою первую книгу для детей о приключениях Джорджа и его друзей во Вселенной.

В этой живой и весёлой книге они рассказали о фантастически интересных предметах – черных дырах, квазарах, астероидах, галактиках и параллельных вселенных – детям. Авторы особо подчеркивают, что хотели «представить современный взгляд на космологию от Большого взрыва до настоящего времени без какой бы то ни было магии». Единственный волшебный герой в книге – это суперкомпьютер, который открывает дверь Джорджу и его друзьям во Вселенную.

Это история о космических приключениях, в которые отправляются друзья, чтобы больше узнать о мире, в котором мы живём. Это также история о законах физики, которые управляют этим миром. Но, кроме всего прочего, это история об одиноком мальчике по имени Джордж и о том, как изменилась его жизнь с того дня, когда он познакомился со своими новыми соседями – Анни и Эриком. Анни больше всего на свете любит балет, а её отец Эрик, учёный-космолог, больше всего на свете любит космос. Эрику помогает суперкомпьютер по имени… «Космос». Этот компьютер настолько мощный и настолько умный, что умеет рисовать двери, через которые можно попасть в любую точку Вселенной (конечно, надев при этом скафандр – ведь там, в открытом космосе, страшно холодно!). А пока Джордж и его друзья исследуют космическое пространство, «Космос» управляет полётом… если он на месте, конечно. Но в любой книжке, даже в научно-приключенческой, есть злые силы, которые… Впрочем, не будем рассказывать сюжет заранее, ведь очень скоро вы его узнаете сами.

Европейская премьера книги состоялась в сентябре 2007 года во Франции и Великобритании. В ближайшее время книга будет переведена на множество языков и будет продаваться в 29 странах. В следующем году выйдет вторая книжка о Джордже, в которой он снова отправится в космическое путешествие по ещё неизвестным нам тропинкам Вселенной. А в 2009-м – последняя, третья.

Источник