Коротка історія часу - Стівен Вільям Хокінг

Останнім часом у пошуках дуальностей, або відповідностей між позірно різними фізичними теоріями, досягнуто величезного прогресу. Ці відповідності — вагома ознака існування повної єдиної теорії фізики й водночас індикатор того, що її, можливо, годі записати одним фундаментальним формулюванням. Тож у різних ситуаціях нам, мабуть, просто доведеться послуговуватися окремими образами тої самої теорії. Це як із мапою поверхні Землі: її годі зобразити точно, тому ми змушені користуватися окремими мапами, створеними для різних ділянок. На мою думку, об’єднання всіх законів науки в один стало б революцією, але не змінило б найважливішого: Всесвіт підлягає низці раціональних законів, і ми можемо відкрити й осягнути їх.

Щодо спостережень, то, безперечно, найбільшу вагу з-поміж них має вимірювання флюктуацій космічного мікрохвильового фонового проміння за допомогою супутника КОБІ (COBE — Cosmic Background Explorer, букв. дослідник космічного фону) та інших спільних проєктів. Ці флюктуації — сліди створення, крихітні початкові неоднорідності в ранньому Всесвіті, інакшому, гладкому й однорідному, який з часом вибуяв у галактики, зорі та інші об’єкти, що їх ми бачимо сьогодні довкола себе. Їхня форма відповідає припущенню, що Всесвіт не має меж чи країв в уявному напрямі часу, проте подальші спостереження допоможуть нам відрізнити це припущення від інших можливих пояснень флюктуацій фону. Сподіваюся, що за кілька років ми вже напевно знатимемо, що живемо в цілком автономному й самодостатньому Всесвіті, який не має ні початку, ні кінця.

Стівен Гокінг

травень 1996

 Розділ 1   ЯК МИ УЯВЛЯЄМО СОБІ ВСЕСВІТ

Якось один добре відомий науковець (кажуть, то був Бертран Расел) прочитав публічну лекцію з астрономії. Він описав, як Земля обертається навколо Сонця і як Сонце, своєю чергою, обертається навколо центра величезного скупчення зір, що його називають нашою Галактикою. Наприкінці лекції в задніх рядах зали підвелася літня жіночка і заявила: «Те, що ви розповіли нам, — нісенітниця. Світ — насправді площина, яку тримає на спині величезна черепаха». Науковець, поблажливо всміхнувшись, спитав у відповідь: «А на чому ж стоїть черепаха?». «Ви дуже розумний, юначе, дуже розумний, — сказала літня жіночка. — Проте черепаха стоїть на черепасі, і так аж до споду!».

Більшості людей уявлення про Всесвіт як нескінченну вежу з черепах видається, мабуть, смішним, але чому кожен з нас гадає, ніби він розумніший за інших? Що ми знаємо про Всесвіт і як ми довідалися про це? Звідки взявся Всесвіт і куди він рухається? Чи має Всесвіт початок, і коли так, тоді що було перед ним? Яка природа часу? Чи настане часові кінець? Чи можемо ми подорожувати в минуле? Останні досягнення в галузі фізики, що їх почасти уможливили й незвичайні новітні технології, можуть дати відповіді на деякі питання, що здавна цікавлять нас. Коли-небудь ці відповіді, певно, здаватимуться нам очевидними, так само, як те, що Земля обертається навколо Сонця. А можливо, й безглуздими, як вежа з черепах. Це покаже тільки час (хоч би який він був).

Ще 340 року до н. е. грецький філософ Аристотель у своїй книжці «Про небо» навів два вагомі аргументи про те, що Земля — це кругла сфера, а не площина. По-перше, він зрозумів, що місяцеві затемнення спричинює Земля, коли опиняється між Сонцем і Місяцем. Тінь Землі на Місяці завжди кругла, а це можливо тільки в тому разі, якщо Земля кулястої форми. Якби Земля мала форму плоского диска, то тінь була б видовжена й еліптична, хіба що затемнення наставало б тільки тоді, коли Сонце стоїть точно над центром диска. По-друге, з досвіду своїх подорожей греки знали: Полярна зоря на небі в південних районах з’являється нижче, ніж у північних. (Полярна зоря повсякчас залишається над північним полюсом, тож світить там просто над спостерігачем, але спостерігачеві на екваторі видається, що вона — на горизонті). Оцінивши різницю у видимому розміщенні Полярної зорі в Єгипті й Греції, Аристотель навіть зумів обчислити, що довжина обводу Землі становить 400 000 стадій. Достеменно невідомо, яка завбільшки та стадія, проте вона приблизно дорівнює 200 ярдам, а отже Аристотелева оцінка майже вдвічі перевищує довжину, визнану тепер. Греки мали й третій аргумент, що Земля куляста: коли це не так, то чому ми спершу бачимо вітрила корабля над горизонтом, а вже згодом корпус?

Аристотель гадав, що Земля нерухома, а Сонце, Місяць, планети та зірки рухаються навколо неї по кругових орбітах. Відповідно до своїх містичних уявлень він уважав Землю за центр Всесвіту, а круговий рух — за найдосконаліший. Цю ідею в ІІ ст. до н. е. Птолемей розвинув у закінчену космологічну модель. Земля стоїть у центрі, її оточують вісім сфер, що несуть на собі Місяць, Сонце і п’ять планет, відомих на той час: Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн (рис. 1.1). Самі ж планети рухаються меншими колами, пов’язаними з відповідними сферами. Цим можна пояснити їхні досить складні траєкторії, спостережувані на небі. Найвіддаленіша від центра сфера несла на собі так звані нерухомі зорі, які, залишаючись на тих самих місцях одна щодо одної, обертаються по небу всі разом. Що лежить за межами останньої сфери, не зовсім зрозуміло, але воно, безперечно, вже не належить до спостережуваного Всесвіту.

Рис. 1.1.

Однак 1514 року польський священик Миколай Коперник запропонував простішу модель. (Попервах, боячись, певно, що церква затаврує його як єретика, він поширював свою модель анонімно). Його ідея полягала в тому, що нерухоме Сонце стоїть у центрі, а Земля та планети рухаються навколо нього по кругових орбітах. Минуло майже століття, перш ніж цю ідею сприйняли серйозно. Тоді два астрономи — німецький, Йоган Кеплер, та італійський, Ґалілео Ґалілей, — почали публічно підтримувати теорію Коперника, дарма що визначені в ній орбіти не зовсім збігалися зі спостережуваними. Нищівного удару Аристотелевій (Птолемеєвій) теорії завдано 1609 року, коли Ґалілео почав спостерігати нічне небо крізь телескоп, що його тільки-но винайшли. Вивчаючи Юпітер, Ґалілео з’ясував, що цю планету супроводжують кілька малих супутників, або ж місяців, які рухаються по орбітах навколо неї. Це означало, що не всі небесні тіла обертаються по орбітах навколо Землі, як уважали Аристотель і Птолемей. (Звісно, можна ще було припустити, що нерухома Земля міститься в центрі Всесвіту, а місяці Юпітера рухаються по надзвичайно складних траєкторіях навколо неї, створюючи враження, ніби вони обертаються навколо Юпітера. Але теорія Коперника була набагато простіша). Водночас Йоган Кеплер модифікував Коперникову теорію, припустивши, що планети рухаються не по колах,