Стивен Хокинг «Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр» - рецензия П. Можейко (часть 1 из 2)
«Современная концепция Вселенной настолько чужда всему, во что даже ученые верили всего лишь столетие назад, что мы можем лишь воздать должное мощи научного метода, а также творческому началу и упорству людей, которые жаждут разобраться в ней». (Лоуренс Краусс «Всё из ничего: Как возникла Вселенная»)
НАЗВАНИЕ: Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр
АВТОР: Стивен Хокинг
ОРИГИНАЛЬНОЕ НАЗВАНИЕ: A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes
ISBN: 978-5-17-102284-6
ГОД ИЗДАНИЯ: 2018
ИЗДАТЕЛЬСТВО: «АСТ»
СЕРИЯ: «Мир Стивена Хокинга»
КОГДА МНОЙ ПРОЧИТАНО: Ноябрь 2022
ИСТОЧНИК: Оригинальная книга
О КНИГЕ (часть 1 из 2)Мне нравятся названия произведений, которые звучат как головоломка или которые содержат в себе некую тайну. Одно из таких произведений, роман американского фантаста Клиффорда Саймака «Что может быть проще времени?». Действительно, что? Да всё буквально! Только вот всю эту сложность человечество осознало не так давно, когда чуть больше века назад время перестало быть абсолютным. Об этом и повествует самая известная книга английского астрофизика Стивена Хокинга «Краткая история времени» (1988), которая переиздается вот уже почти 35 лет.
Не думаю, что Стивен Хокинг, этот прекрасный человек, пример мужественной борьбы с тяжелым недугом, острого ума, прекрасных теоретических знаний и отличного юмора, нуждается в каком-либо дополнительном представлении. Я думаю достаточно о нем, долгие годы обездвиженном и даже потерявшем способность говорить, скажет одна цитата и одна фотография. Вот цитата:
«Мне повезло в том, что я выбрал теоретическую физику, ибо она вся умещается в голове».А вот фотография:
На ней Стивен Хокинг совершает полёт в невесомости на самолёте в 2007 году. На этот момент ему уже 65 лет, и примерно 40 из них у него боковой амиотрофический склероз.
Но главным в жизни Хокинга всегда была физика, а книга «Краткая история времени» стала одной из первых в целой череде научно-популярных книг ученого о рождении Вселенной, черных дырах и пространстве-времени. О ней и поговорим.
В «Краткой истории времени» Стивен Хокинг поэтапно обрисовывает долгий путь человечества к пониманию своего истинного места во Вселенной: от модели Аристотеля и «сфер» Птолемея, к открытиям Коперника и Галилея, через законы Исаака Ньютона, к теории относительности Альберта Эйнштейна, от определения того, что Вселенная расширяется, к моделированию черных дыр и поиску «теории всего». Первую треть книги составляет очерк об истории физики вплоть до открытия относительности времени, появления квантовой механики, открытия многочисленных субатомных частиц и многомерности нашего пространства-времени. Так что эта книга одновременно посвящена и истории науки, и конкретным теориям в физике, актуальным на момент первого издания (напомню, конец 1980-х).
«Откуда взялась Вселенная? как и почему она возникла? придет ли ей конец, а если придет, то как? Эти вопросы интересуют всех нас. Но современная наука насыщена математикой, и лишь немногочисленные специалисты достаточно владеют ею, чтобы разобраться во всем этом. Однако основные представления о рождении и дальнейшей судьбе Вселенной можно изложить и без помощи математики так, что они станут понятны даже людям, не получившим специального образования. Это я и пытался сделать в своей книге».
Главные темы, над которыми работал Стивен Хокинг – это гравитационная сингулярность и черные дыры (их излучение носит его имя). Объяснение специфических явлений в сильно искаженном гравитацией пространстве-времени занимает значительную часть этой книги. И тут нельзя не вспомнить, что физическая теория в этой области представляет собой сплошную математику, мало кому доступную из неспециалистов. Про эту «оторванность» теории от опыта и непосредственного наблюдения пишет и сам автор:
«Пока большинство ученых слишком заняты развитием новых теорий, описывающих, что есть Вселенная, и им некогда спросить себя, почему она есть. Философы же, чья работа в том и состоит, чтобы задавать вопрос «почему», не могут угнаться за развитием научных теорий. В XVIII в. философы считали все человеческое знание, в том числе и науку, полем своей деятельности и занимались обсуждением вопросов типа: было ли у Вселенной начало? Но расчеты и математический аппарат науки XIX и XX веков стали слишком сложны для философов и вообще для всех, кроме специалистов. Философы настолько сузили круг своих запросов, что самый известный философ XX века Витгенштейн по этому поводу сказал: «Единственное, что еще остается философии, – это анализ языка». Какое унижение для философии, с ее великими традициями от Аристотеля до Канта!»
В общем, если Ньютон еще мог свою работу назвать «Математические начала натуральной философии», то в наши дни философия и физика пошли по разным траекториям. Но не пугайтесь, в книге есть только одна формула, вы все хорошо ее знаете и без Хокинга: E=mc2. Но и радоваться не спешите, не всегда это хорошо, и сложные теории иногда намного проще наглядно объяснить не самой большой формулой, нежели пересказывать ее на словах. Иногда это похоже на выражение «рассказывать архитектуру». И действительно, если физик умен и талантлив, то он может прибить к полу ваше читательское эго даже просто терминами и определениями. И к сожалению, читая уже не первую книгу этого астрофизика, замечаю одну и ту же проблему: Хокинг всегда недостаточно «опускается» до уровня простого читателя, что особенно ощутимо, в самых сложных для восприятия местах. Излагая материал, он дает его с позиций матерого физика, как будто рассказывает все это не обычному любознательному человеку, а студенту i-го курса физмата. Вот пример довольно тяжелого для понимания текста:
«В 1983 г. Линде предложил более удачную модель, называемую хаотической моделью раздувания. В ней нет ни фазового перехода, ни переохлаждения, а взамен присутствует бесспиновое поле, которое из-за квантовых флуктуаций принимает большие значения в некоторых областях ранней Вселенной. В таких областях энергия поля будет вести себя как космологическая постоянная. Результатом действия поля будет гравитационное отталкивание, под влиянием которого вышеуказанные области начнут раздуваться. По мере увеличения этих областей энергия поля в них будет медленно уменьшаться, пока раздувание не перейдет в такое же расширение, как в горячей модели Большого Взрыва. Одна из областей могла бы превратиться в современную наблюдаемую Вселенную».
Ну как? И это в общем-то единственный минус этой книги, точнее некоторых ее глав (помимо еще устаревших/неполных данных, если вы не читаете более позднее, переработанное и дополненное издание). В книге прекрасные иллюстрации и схемы, отличное оформление, а научный редактор - Яков Абрамович Смородинский (видный физик, популяризатор науки, доктор физико-математических наук, профессор, Лауреат Сталинской премии СССР 1-й ступени), его же и послесловие, в котором он рассказывает о своей личной встрече с Хокингом в конце 1980-х, а также объясняет некоторые моменты самой книги.
В названии «время» - это не столько физическая величина или одно из измерений, сколько количественная оценка существования нашего мира, что подтверждает подзаголовок «от большого взрыва до черных дыр». Ведь до Большого взрыва не было того пространства-времени (и самого Времени, как его составной части), в котором мы существуем. И, пожалуй, не оно главная тема этой книги, а несколько ключевых научных открытий, или, если хотите, «переходов» на новый уровень наших знаний о себе. Всего их три:
- Наше положение во Вселенной лишь «средненькое».
- Время не абсолютно.
- Все непредсказуемо (квантовый мир).
Давайте рассмотрим эти «переходы» подробнее.
Примиряя между собой физиков и лириков, Хокинг помимо непосредственно физики, наполнил свою книгу и философскими размышлениями о вечности, будущем и настоящем. Вот цитата про то, как вера в неизменность Вселенной мешала контринтуитивному открытию относительности времени.
«Интересно, каким было общее состояние научной мысли до начала XX в.: никому и в голову не пришло, что Вселенная может расширяться или сжиматься. Все считали, что Вселенная либо существовала всегда в неизменном состоянии, либо была сотворена в какой-то момент времени в прошлом примерно такой, какова она сейчас. Отчасти это, может быть, объясняется склонностью людей верить в вечные истины, а также особой притягательностью той мысли, что, хоть сами они состарятся и умрут, Вселенная останется вечной и неизменной».
Причем интересно то, что еще Блаженный Августин пятнадцать веков назад связывал время и материю воедино:
«До возникновения Вселенной понятие времени лишено смысла. На это впервые указал Августин Блаженный. Когда его спрашивали, чем занимался Бог до того, как создал Вселенную, Августин никогда не отвечал в том духе, что, мол, Бог готовил ад для тех, кто задает подобные вопросы. Нет, он говорил, что время – неотъемлемое свойство созданной Богом Вселенной и поэтому до возникновения Вселенной времени не было».
В начале ХХ века начался процесс основного этапа изучения нашей Вселенной, который длится до сих пор. Причем пошел этот процесс сразу по двум разным направлениям: с одной стороны, с развитием радиоэлектроники и космонавтики появилась возможность подробно изучать необъятные космические пространства (макроуровень), а с другой стороны, все больше ученых устремило свой взгляд во внутрь атомного ядра, открывая свойства загадочного квантового мира (микроуровень). Оба направления позволили сделать ряд удивительных открытий, более того, стала очевидна взаимосвязь макро и микроуровня и потребность объединить оба в единую теорию.
«В 1929 г. Эдвин Хаббл сделал эпохальное открытие: оказалось, что в какой бы части неба ни вести наблюдения, все далекие галактики быстро удаляются от нас. Иными словами, Вселенная расширяется. Это означает, что в более ранние времена все объекты были ближе друг к другу, чем сейчас. Значит, было, по-видимому, время, около десяти или двадцати тысяч миллионов лет назад, когда они все находились в одном месте, так что плотность Вселенной была бесконечно большой. Сделанное Хабблом открытие перевело вопрос о том, как возникла Вселенная, в область компетенции науки. Наблюдения Хаббла свидетельствовали о том, что было время – так называемый большой взрыв, когда Вселенная была бесконечно малой и бесконечно плотной. <…> Представление о расширяющейся Вселенной не исключает создателя, но налагает ограничения на возможную дату его трудов!»
Почему каждая точка неба не светиться светом звезд, если Вселенная бесконечна, и в любой точке взгляд натолкнется на звезду?
«Еще одно возражение против модели бесконечной статической Вселенной обычно приписывается немецкому философу Генриху Олберсу, который в 1823 г. опубликовал работу, посвященную этой модели. <…> Возражение таково: в бесконечной статической Вселенной любой луч зрения должен упираться в какую-нибудь звезду. Но тогда небо даже ночью должно ярко светиться, как Солнце. Контраргумент Олберса состоял в том, что свет, идущий к нам от далеких звезд, должен ослабляться из-за поглощения в находящемся на его пути веществе. Но в таком случае само это вещество должно нагреться и ярко светиться, как звезды. Единственная возможность избежать вывода о ярко, как Солнце, светящемся ночном небе – предположить, что звезды сияли не всегда, а загорелись в какой-то определенный момент времени в прошлом. Тогда поглощающее вещество, возможно, еще не успело разогреться или же свет далеких звезд еще не дошел до нас. Но возникает вопрос: почему зажглись звезды?»
Важность открытия расширяющейся Вселенной:
«Открытие расширяющейся Вселенной было одним из великих интеллектуальных переворотов XX века. Задним числом мы можем лишь удивляться, что эта идея не пришла никому в голову раньше. Ньютон и другие ученые должны были бы сообразить, что статическая Вселенная вскоре обязательно начала бы сжиматься под действием гравитации. Но предположим, что Вселенная, наоборот, расширяется. Если бы расширение происходило достаточно медленно, то под действием гравитационной силы оно в конце концов прекратилось бы и перешло в сжатие. Однако если бы скорость расширения превышала некоторое критическое значение, то гравитационного взаимодействия не хватило бы, чтобы остановить расширение, и оно продолжалось бы вечно. Все это немного напоминает ситуацию, возникающую, когда с поверхности Земли запускают вверх ракету. Если скорость ракеты не очень велика, то из-за гравитации она в конце концов остановится и начнет падать обратно. Если же скорость ракеты больше некоторой критической (около одиннадцати километров в секунду), то гравитационная сила не сможет ее вернуть и ракета будет вечно продолжать свое движение от Земли».
Положение середнячка, обесценивающее наши устаревшие воззрения о своем центральном месте во Вселенной:
«Хаббл рассчитал расстояния до девяти разных галактик. Теперь известно, что наша Галактика – одна из нескольких сотен тысяч миллионов галактик, которые можно наблюдать в современные телескопы, а каждая из этих галактик в свою очередь содержит сотни тысяч миллионов звезд. <…> Наша Галактика имеет около ста тысяч световых лет в поперечнике. Она медленно вращается, а звезды в ее спиральных рукавах каждые несколько сотен миллионов лет делают примерно один оборот вокруг ее центра. Наше Солнце представляет собой обычную желтую звезду средней величины, расположенную на внутренней стороне одного из спиральных рукавов. Какой же огромный путь мы прошли от Аристотеля и Птолемея, когда Земля считалась центром Вселенной!»
Значение теории относительности:
«Теория относительности покончила с понятием абсолютного времени! Оказалось, что у каждого наблюдателя должен быть свой масштаб времени, измеряемого с помощью имеющихся у него часов, и что показания одинаковых часов, находящихся у разных наблюдателей, не обязательно согласуются».
Условная абсолютность времени:
«И Аристотель, и Ньютон верили в абсолютное время. Иными словами, они считали, что временной интервал между двумя событиями можно однозначно измерить и что результат будет одинаков независимо от того, кто производит измерения, лишь бы у измеряющего были правильные часы. Время было полностью отделено от пространства и считалось не зависящим от него. Такова была точка зрения большинства, точка зрения здравого смысла. Но нам пришлось изменить свои представления о пространстве и времени. Представления, основанные на «здравом смысле», относятся к сравнительно медленным объектам (яблоко, планета), но они оказываются совершенно неуместными, когда скорости становятся близкими к скорости света».
Новый взгляд на пространство-время:
«Пространство и время теперь динамические величины: когда движется тело или действует сила, это изменяет кривизну пространства и времени, а структура пространства-времени в свою очередь влияет на то, как движутся тела и действуют силы. Пространство и время не только влияют на все, что происходит во Вселенной, но и сами изменяются под влиянием всего в ней происходящего. Как без представлений о пространстве и времени нельзя говорить о событиях во Вселенной, так в общей теории относительности стало бессмысленным говорить о пространстве и времени за пределами Вселенной».
И так. Раз Вселенная расширяется, то значит был когда-то такой момент, с которого она начала свое существование. Это ставит перед учеными несколько задач в поисках универсальной теории, описывающей наш мир.
«Конечной целью науки является создание единой теории, которая описывала бы всю Вселенную. Решая эту задачу, большинство ученых делят ее на две части. Первая часть – это законы, которые дают нам возможность узнать, как Вселенная изменяется со временем. (Зная, как выглядит Вселенная в какой-то один момент времени, мы с помощью этих законов можем узнать, что с ней произойдет в любой более поздний момент времени.) Вторая часть – проблема начального состояния Вселенной. Некоторые полагают, что наука должна заниматься только первой частью, а вопрос о том, что было вначале, считают делом метафизики и религии. Сторонники такого мнения говорят, что, поскольку Бог всемогущ, в его воле было «запустить» Вселенную как угодно. Если они правы, то у Бога была возможность сделать так, чтобы Вселенная развивалась совершенно произвольно. Бог же, по-видимому, предпочел, чтобы она развивалась весьма регулярно, по определенным законам. Но тогда столь же логично предположить, что существуют еще и законы, управляющие начальным состоянием Вселенной».
ПРОДОЛЖЕНИЕ РЕЦЕНЗИИ ТУТ:
https://vk.com/@pavelmazheikabooksreview-stiven-hoking-kratkaya-istoriya-vremeni-ot-bolshogo-vzryva-2
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview