Краткая история времени - A Brief History of Time

эта статья имеет нечеткий стиль цитирования. Используемые ссылки можно сделать более ясными с помощью другого или последовательного стиля цитата и сноска. (Март 2018 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Краткая история времени

Первое издание
Автор	Стивен Хокинг
Страна	объединенное Королевство
Язык	английский
Предмет	Космология
Жанр	Популярная наука
Издатель	Bantam Dell Publishing Group
Дата публикации	1988
Тип СМИ	Распечатать (Твердый переплет и Мягкая обложка )
Страницы	256
ISBN	978-0-553-10953-5
OCLC	39256652
Десятичный Дьюи	523.1 21
Класс LC	QB981 .H377 1998 г.
С последующим	Черные дыры и детские вселенные и другие очерки

Краткая история времени: от Большого взрыва до черных дыр это научно-популярный книга на космология на английском физик Стивен Хокинг.^[1] Впервые она была опубликована в 1988 году. Хокинг написал книгу для читателей, не имеющих предварительного знания физики, и людей, которые просто заинтересованы в изучении чего-то нового.

В Краткая история времени, Хокинг пишет в нетехнических терминах о структуре, происхождении, развитии и возможной судьбе Вселенная, который является объектом изучения астрономия и современная физика. Он говорит об основных понятиях, таких как Космос и время, основные строительные блоки, из которых состоит Вселенная (например, кварки ) и фундаментальные силы, которые им управляют (такие как сила тяжести ). Он пишет о космологических явлениях, таких как Большой взрыв и черные дыры. Он обсуждает две основные теории, общая теория относительности и квантовая механика, которые современные ученые используют для описания Вселенной. Наконец, он говорит о поисках объединяющая теория который описывает все во Вселенной связным образом.

Книга стала бестселлер и продано более 10 миллионов копий.^[2]

Публикация

В начале 1983 года Хокинг впервые обратился к Саймон Миттон, редактор, ответственный за астрономия книги в Издательство Кембриджского университета, с его идеями для популярной книги по космологии. Миттон сомневался во всех уравнениях черновика рукописи, которые, по его мнению, оттолкнули бы покупателей в книжных магазинах аэропорта, к которым хотел обратиться Хокинг. С некоторым трудом он убедил Хокинга отказаться от всех уравнений, кроме одного.^[3] Сам автор отмечает в благодарностях за книгу, что его предупредили, что для каждого уравнение читательская аудитория книги сократится вдвое, поэтому она включает только одно уравнение: ${ displaystyle E = mc ^ {2}}$. В книге действительно используется ряд сложных моделей, диаграмм и других иллюстраций для детализации некоторых изучаемых в ней концепций.

Содержание

В Краткая история времени, Стивен Хокинг пытается объяснить ряд вопросов в космология, в том числе Большой взрыв, черные дыры и световые конусы, неспециалисту. Его основная цель - дать обзор предмета, но он также пытается объяснить некоторые сложные математика. В издании книги 1996 года и последующих изданиях Хокинг обсуждает возможность путешествий во времени и кротовых нор и исследует возможность существования Вселенной без квантовой сингулярности в начале времен.

Глава 1: Наша картина Вселенной

Птолемей ориентированная на Землю модель о расположении планет, звезд и Солнца.

В первой главе Хокинг обсуждает историю астрономические исследования, включая идеи Аристотель и Птолемей. Аристотель, в отличие от многих других людей своего времени, считал, что Земля был круглым. Он пришел к такому выводу, наблюдая лунные затмения, которые, по его мнению, были вызваны круглой тенью Земли, а также наблюдением увеличения высота из Полярная звезда с точки зрения наблюдателей, расположенных севернее. Аристотель также считал, что солнце и звезды обошел Землю в идеальных кругах по «мистическим причинам». Греческий астроном второго века Птолемей также размышляли о положениях Солнца и звезд в Вселенная и сделал планетарную модель, которая более подробно описала мышление Аристотеля.

Сегодня известно обратное: Земля вращается вокруг Солнца. Представления Аристотеля и Птолемея о положении звезд и Солнца были опровергнуты рядом открытий в 16, 17 и 18 веках. Первым, кто представил подробный аргумент о том, что Земля вращается вокруг Солнца, был польский священник. Николай Коперник, в 1514 году. Почти столетие спустя Галилео Галилей, итальянский ученый, и Иоганн Кеплер немецкий ученый изучал, как луны некоторых планеты двигались в небе и использовали свои наблюдения, чтобы подтвердить мышление Коперника.

Чтобы соответствовать наблюдениям, Кеплер предложил эллиптический модель орбиты вместо круговой. В своей книге о гравитации 1687 г. Principia Mathematica, Исаак Ньютон использовал сложную математику для дальнейшей поддержки идеи Коперника. Модель Ньютона также означала, что звезды, такие как Солнце, не были неподвижными, а скорее были удаленными движущимися объектами. Тем не менее, Ньютон считал, что Вселенная состоит из бесконечного числа звезд, которые более или менее статичны. Многие из его современников, в том числе немецкий философ Генрих Ольберс, не согласен.

Происхождение Вселенной было еще одной важной темой изучения и споров на протяжении веков. Ранние философы, такие как Аристотель, думали, что Вселенная существует вечно, в то время как теологи, такие как Святой Августин считал, что он был создан в определенное время. Святой Августин также считал, что время - это понятие, родившееся с сотворением Вселенной. Более чем 1000 лет спустя немецкий философ Иммануил Кант утверждал, что у времени не было начала.

В 1929 г. астроном Эдвин Хаббл обнаружили, что большинство галактик удаляются друг от друга, что можно было бы объяснить, только если бы сама Вселенная увеличивалась в размерах. Следовательно, было время, между десятью и двадцатью миллиардами лет назад, когда они все были вместе в одном необычном чрезвычайно плотном месте. Это открытие внесло понятие о начале Вселенной в сферу науки. Сегодня ученые используют две теории: Альберт Эйнштейн с общая теория относительности и квантовая механика, которые частично описывают работу Вселенной. Ученые все еще ищут полную Теория Великого Объединения это описало бы все во Вселенной. Хокинг считает, что открытие полной единой теории может не помочь выживанию нашего вида и может даже не повлиять на наш образ жизни, но что глубочайшее стремление человечества к знаниям является достаточным оправданием для наших продолжающихся поисков, и что наша цель - ничто. меньше, чем полное описание Вселенной, в которой мы живем.^[4]

Глава 2: Пространство и время

Стивен Хокинг описывает, как Аристотель теория абсолютное пространство пришел к концу после введения Ньютоновская механика. В этом описании, находится ли объект «в покое» или «в движении», зависит от инерциальная система отсчета наблюдателя; объект может быть «в покое», если смотреть наблюдателем, движущимся в том же направлении с той же скоростью, или «в движении», если смотреть на наблюдателя, движущегося в другом направлении и / или с другой скоростью. Абсолютного состояния «покоя» не существует. Более того, Галилео Галилей также опровергает теорию Аристотеля о том, что более тяжелые тела падают быстрее, чем более легкие. Он экспериментально доказал это, наблюдая за движением объектов разного веса, и пришел к выводу, что все объекты будут падать с одинаковой скоростью и достигают дна одновременно, если на них не действует внешняя сила.

Аристотель и Ньютон верили в абсолютное время. Они считали, что если событие измеряется с использованием двух точных часов, находящихся в разных состояниях движения друг от друга, они согласятся, сколько времени прошло (сегодня это, как известно, неверно). Тот факт, что свет движется с конечной скоростью, впервые объяснил датский ученый. Оле Рёмер по его наблюдениям Юпитер и одна из его лун Ио. Он заметил, что Ио появляется в разное время, когда он обращается вокруг Юпитера, потому что расстояние между Землей и Юпитером меняется со временем.

Фактическое распространение света было описано Джеймс Клерк Максвелл который пришел к выводу, что свет распространяется волнами, движущимися с фиксированной скоростью. Максвелл и многие другие физики утверждали, что свет должен проходить через гипотетическую жидкость, называемую эфир, что было опровергнуто Эксперимент Майкельсона-Морли. Эйнштейн и Анри Пуанкаре позже утверждал, что эфир не нужен для объяснения движения света, предполагая, что нет абсолютное время. В специальная теория относительности основан на этом, утверждая, что свет движется с конечной скоростью независимо от скорости наблюдателя. Более того, скорость света - это самая высокая скорость, с которой может перемещаться любая информация.

Масса и энергия связаны известным уравнением ${ displaystyle E = mc ^ {2}}$, который объясняет, что для движения любого объекта массы со скоростью света требуется бесконечное количество энергии. Был разработан новый способ определения метра по скорости света. «События» также можно описать с помощью световые конусы, графическое представление пространства-времени, которое ограничивает, какие события разрешены, а какие нет, на основе световых конусов прошлого и будущего. 4-х мерный пространство-время также описывается, в котором «пространство» и «время» неразрывно связаны. Движение объекта в пространстве неизбежно влияет на то, как он воспринимает время.

Эйнштейна общая теория относительности объясняет, как на путь луча света влияет 'сила тяжести ', что, по мнению Эйнштейна, является иллюзией, вызванной деформацией пространства-времени, в отличие от взглядов Ньютона, которые описывали гравитацию как силу, действующую на материю. В искривление пространства-времени свет всегда движется по прямому пути в 4-мерном «пространстве-времени», но может казаться искривленным в 3-мерном пространстве из-за гравитационных эффектов. Эти прямые пути геодезические. В парадокс близнецов, а мысленный эксперимент в специальная теория относительности с участием однояйцевых близнецов, считает, что близнецы могут стареть по-разному, если они движутся с разной скоростью относительно друг друга или даже если они живут в разных местах с неодинаковой кривизной пространства-времени. Специальная теория относительности основан на аренах пространства и времени, где происходят события, тогда как общая теория относительности является динамическим, где сила может изменить кривизну пространства-времени и которая дает начало расширяющейся Вселенной. Хокинг и Роджер Пенроуз работал над этим и позже доказал, используя общую теорию относительности, что если у Вселенной было начало, то у нее также должен быть конец.

Глава 3: Расширяющаяся Вселенная

В расширение вселенной так как Большой взрыв

В этой главе Хокинг сначала описывает, как физики и астрономы рассчитали относительное расстояние звезд от Земли. В 18 веке сэр Уильям Гершель подтвердили положения и расстояния многих звезд на ночном небе. В 1924 г. Эдвин Хаббл открыл метод измерения расстояния с помощью яркость из Цефеиды переменных звезд если смотреть с Земли. В яркость, яркость и расстояние до этих звезд связаны простой математической формулой. Используя все это, он рассчитал расстояния до девяти различных галактик. Мы живем в довольно типичной спиральной галактике, содержащей огромное количество звезд.

Звезды находятся очень далеко от нас, поэтому мы можем наблюдать только их одну характерную особенность - их свет. Когда этот свет проходит через призму, он вызывает спектр. Каждая звезда имеет свой собственный спектр, и поскольку каждый элемент имеет свои уникальные спектры, мы можем измерить световые спектры звезды, чтобы узнать ее химический состав. Мы используем тепловые спектры звезд, чтобы узнать их температуру. В 1920 году, когда ученые изучали спектры различных галактик, они обнаружили, что некоторые характерные линии звездного спектра были смещены в сторону красного конца спектра. Значение этого явления было дано Эффект Допплера, и было ясно, что многие галактики удаляются от нас.

Предполагалось, что, поскольку некоторые галактики смещены в красную область, некоторые галактики также будут смещены в синий цвет. Однако количество галактик с красным смещением намного превышает количество галактик с синим смещением. Хаббл обнаружил, что величина красного смещения прямо пропорциональна относительному расстоянию. Исходя из этого, он определил, что Вселенная расширяется и имела начало. Несмотря на это, концепция статической Вселенной сохранялась до 20 века. Эйнштейн был настолько уверен в статичности Вселенной, что разработалкосмологическая постоянная »и ввел« антигравитационные »силы, чтобы позволить вселенной бесконечного возраста существовать. Более того, многие астрономы также пытались избежать последствий общая теория относительности и застряли в своей статической Вселенной, за одним особенно примечательным исключением, российским физиком Александр Фридманн.

Фридман сделал два очень простых предположения: Вселенная идентична, где бы мы ни находились, т.е. однородность, и что он идентичен во всех направлениях, в которые мы смотрим, т.е. изотропия. Его результаты показали, что Вселенная нестатична. Его предположения были позже подтверждены, когда два физика Bell Labs, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, найденный неожиданное микроволновое излучение не только из одной конкретной части неба, но и отовсюду и почти в одинаковом количестве. Таким образом, первое предположение Фридмана подтвердилось.

Примерно в то же время Роберт Х. Дике и Джим Пиблз также работали над микроволновое излучение. Они утверждали, что должны иметь возможность видеть свечение ранней Вселенной как фоновое микроволновое излучение. Уилсон и Пензиас уже сделали это, поэтому они были награждены Нобелевская премия в 1978 г. Кроме того, наше место во Вселенной не исключительное, поэтому мы должны видеть Вселенную примерно такой же из любой другой части пространства, что подтверждает второе предположение Фридмана. Его работы оставались в значительной степени неизвестными, пока аналогичные модели не были созданы. Говард Робертсон и Артур Уокер.

Модель Фридмана дала начало трем различным типам моделей эволюции Вселенной. Во-первых, Вселенная будет расширяться в течение заданного времени, и если скорость расширения будет меньше плотности Вселенной (что приведет к гравитационному притяжению), это в конечном итоге приведет к коллапсу Вселенной на более поздней стадии. Во-вторых, Вселенная будет расширяться, и в какой-то момент, если скорость расширения и плотность Вселенной сравняются, она будет медленно расширяться и остановится, что приведет к несколько статичной Вселенной. В-третьих, Вселенная продолжала бы расширяться вечно, если бы плотность Вселенной была меньше критического количества, необходимого для уравновешивания скорости расширения Вселенной.

Первая модель изображает пространство Вселенной искривляется внутрь. Во второй модели пространство привело бы к плоская конструкция, а третья модель приводит к отрицательная седловидная кривизна. Даже если посчитать, текущая скорость расширения больше, чем критическая плотность Вселенной, включая темная материя и все звездные массы. Первая модель включала начало Вселенной как Большой взрыв из пространства бесконечной плотности и нулевого объема, известного как 'необычность ', точка, где общая теория относительности (на ней основаны решения Фридмана) также не работает.

Эта концепция начала времен противоречила многим религиозным убеждениям, поэтому была введена новая теория, «теория устойчивого состояния». Герман Бонди, Томас Голд, и Фред Хойл, чтобы конкурировать с теорией Большого взрыва. Его предсказания также совпадали с нынешней структурой Вселенной. Но тот факт, что источников радиоволн рядом с нами намного меньше, чем из далекой Вселенной, и было гораздо больше радиоисточников, чем в настоящее время, привел к провалу этой теории и всеобщему признанию теории Большого взрыва. Евгений Лифшиц и Исаак Маркович Халатников также пытался найти альтернативу теории Большого взрыва, но тоже потерпел неудачу.

Роджер Пенроуз использовали световые конусы и общая теория относительности чтобы доказать, что коллапсирующая звезда может привести к образованию области нулевого размера, бесконечной плотности и кривизны, называемой Черная дыра. Хокинг и Пенроуз вместе доказали, что Вселенная должна была возникнуть из сингулярности, которую сам Хокинг опроверг, если принять во внимание квантовые эффекты.

Глава 4: Принцип неопределенности

В принцип неопределенности говорит, что скорость и положение частица не может быть точно известен. Чтобы определить местонахождение частицы, ученые направляют на нее свет. Если высокий-частота Если используется свет, свет может определить положение более точно, но скорость частицы будет менее определена (потому что свет изменит скорость частицы). Если используется более низкая частота, свет может определять скорость более точно, но положение частицы будет менее определенным. Принцип неопределенности опроверг идею детерминированной теории или чего-то, что предсказывало бы все в будущем.

Представление световая волна

В дуальность волна-частица В этой главе также обсуждается поведение света. Свет (и все другие частицы) проявляют свойства как частиц, так и волн.

Световые помехи вызывает появление множества цветов.

Световые волны имеют гребни и желоба. Самая высокая точка волны - гребень, а самая низкая часть волны - впадина. Иногда более одной из этих волн могут мешать друг с другом. Когда световые волны интерферируют друг с другом, они ведут себя как единая волна со свойствами, отличными от свойств отдельных световых волн.

Глава 5: Элементарные частицы и силы природы

Кварки и другие элементарные частицы являются темой этой главы.

Кварки элементарные частицы которые составляют большинство дело во вселенной. Есть шесть разных «вкусов» кварков: вверх, вниз, странный, очарование, дно, и верх. У кварков также есть три "цвета ": красный, зеленый и синий. Также есть антикварки, которые по некоторым свойствам отличаются от кварков.

Частица спин 1 нужно повернуть полностью, чтобы снова выглядеть так же, как эта стрелка.

Все частицы (например, кварки) обладают свойством, называемым вращение. В вращение частицы показывает нам, как частица выглядят с разных сторон. Например, частица со спином 0 выглядит одинаково со всех сторон. Частица со спином 1 выглядит по-разному во всех направлениях, если только частица не вращается полностью (на 360 градусов). Пример Хокинга частицы со спином 1 - это стрелка. Частицу со спином два нужно повернуть наполовину (или на 180 градусов), чтобы она выглядела так же.

В книге приведен пример двунаправленной стрелки. Во Вселенной есть две группы частиц: частицы со спином 1/2 (фермионы ), и частицы со спином 0, 1 или 2 (бозоны ). Только фермионы следуют за Принцип исключения Паули. Принцип исключения Паули (сформулирован австрийским физиком Вольфганг Паули в 1925 г.) утверждает, что фермионы не могут иметь квантовое состояние (например, два протона, вращающихся вверх, не могут занимать одно и то же место в пространстве). Если бы фермионы не следовали этому правилу, сложных структур существовать не могло бы.

А протон состоит из трех кварки, которые разные цвета из-за ограничение цвета.

Бозоны со спином 0, 1 или 2 не подчиняются принципу исключения. Некоторые примеры этих частиц: виртуальные гравитоны и виртуальные фотоны. Виртуальные гравитоны имеют спин 2 и несут сила из сила тяжести. Это означает, что когда гравитация влияет на две вещи, между ними происходит обмен виртуальными гравитонами. Виртуальные фотоны имеют спин 1 и несут электромагнитный сила, которая удерживает атомы вместе.

Помимо силы тяжести и электромагнитных сил, существуют слабые и сильные ядерные силы. В слабая ядерная сила Ответственный за радиоактивность. Слабое ядерное взаимодействие влияет в основном на фермионы. В сильная ядерная сила связывает кварки в адроны, обычно нейтроны и протоны, а также связывает нейтроны и протоны в атомные ядра. Частица, несущая сильное ядерное взаимодействие, - это глюон. Из-за явления, называемого ограничение цвета, кварки и глюоны никогда не обнаруживаются сами по себе (за исключением чрезвычайно высоких температур) и всегда «заключены» в адроны.

При очень высокой температуре электромагнитная сила и слабая ядерная сила вести себя как одиночка электрослабая сила. Ожидается, что при еще более высокой температуре электрослабая сила и сильная ядерная сила также будет вести себя как единая сила. Теории, которые пытаются описать поведение этой "объединенной" силы, называются Теории Великого Объединения, что может помочь нам объяснить многие из загадки физики, которые ученым еще предстоит разгадать.

Глава 6: Черные дыры

А черная дыра, показывая, как он искажает фоновое изображение через гравитационное линзирование.

Черные дыры регионы пространство-время где гравитация настолько сильна, что ничто не может выйти из нее. Большинство черных дыр образуются, когда очень массивные звезды Гравитационный коллапс # Черные дыры затем схлопываются в конце своей жизни. Звезда должна быть как минимум в 25 раз тяжелее, чем солнце рухнуть в черную дыру. Граница вокруг черной дыры, из которой ни одна частица не может уйти в остальное пространство-время, называется горизонт событий.

Черные дыры, которые не вращаются, имеют сферическая симметрия. Другие, обладающие угловым моментом вращения, имеют только осесимметрия.

Астрономам трудно найти черные дыры, потому что они не излучают света. Его можно найти, когда он поглотит звезду. Когда это происходит, падающая материя испускает мощный Рентгеновские лучи, что можно увидеть телескопы.

В этой главе Хокинг рассказывает о своих известная ставка с другим ученым, Кип Торн, которое он сделал в 1974 году. Хокинг утверждал, что черных дыр не существует, а Торн утверждал, что они существуют. Хокинг проиграл пари, поскольку новые доказательства доказали, что Лебедь X-1 действительно была черная дыра.

Глава 7: Радиация Хокинга

В этой главе обсуждается аспект поведения черной дыры, открытый Стивеном Хокингом.

Согласно более старым теориям, черные дыры могут только становиться больше и никогда не могут быть меньше, потому что ничего, что входит в черную дыру, не может выйти наружу. Однако в 1974 году Хокинг опубликовал новую теорию, в которой утверждалось, что черные дыры могут "утечка" излучения. Он представил, что может случиться, если пара виртуальные частицы появился у края черной дыры. Виртуальные частицы ненадолго «заимствуют» энергию у само пространство-время, тогда уничтожать друг с другом, возвращая заимствованную энергию и прекращая свое существование. Однако на краю черной дыры одна виртуальная частица может быть захвачена черной дырой, а другая ускользнет. Из-за второй закон термодинамики, частицам «запрещено» забирать энергию из вакуума. Таким образом, частица получает энергию от черной дыры, а не от вакуума, и покидает черную дыру как Радиация Хокинга.

Согласно теории Хокинга, черные дыры должны очень медленно сужаться со временем из-за этого излучения, а не продолжать жить вечно, как ранее считали ученые. Хотя его теория изначально рассматривалась с большим скептицизмом, вскоре она была признана научным прорывом, что принесло Хокингу значительное признание в научном сообществе.

Глава 8: Происхождение и судьба Вселенной

Большой взрыв и эволюция Вселенной

Начало и конец Вселенной обсуждаются в этой главе.

Большинство ученых согласны с тем, что Вселенная началась с расширения, которое называется "Большой взрыв ". В начале Большого взрыва Вселенная имела чрезвычайно высокую температуру, что препятствовало образованию сложных структур, таких как звезды, или даже очень простых, таких как атомы. Во время Большого взрыва произошло явление под названием"инфляция "произошло, в котором Вселенная ненадолго расширилась (" раздувалась ") до гораздо большего размера. Инфляция объясняет некоторые характеристики Вселенной, которые ранее сильно сбивали с толку исследователей. После инфляции Вселенная продолжала расширяться медленнее. Она стала намного холоднее, что в конечном итоге позволяет формировать такие структуры.

Хокинг также обсуждает, как Вселенная могла бы выглядеть иначе, если бы она увеличивалась в размерах медленнее или быстрее, чем на самом деле. Например, если Вселенная расширяется слишком медленно, она коллапс, и не хватило бы времени на жизнь формировать. Если бы Вселенная расширилась слишком быстро, она стала бы почти пустой. Хокинг утверждает, что "гипотеза вечной инфляции ", предполагая, что наша Вселенная - лишь одна из бесчисленных вселенных с различными законами физики, большинство из которых были бы непригодны для жизни.

Концепция чего-либо квантовая гравитация также обсуждается в этой главе.

Глава 9: Стрела времени

В этой главе Хокинг говорит о том, почему «реальное время», как Хокинг называет время, когда люди его наблюдают и переживают (в отличие от «мнимое время ", который, как утверждает Хокинг, является неотъемлемой частью законов науки), кажется, имеет определенное направление, особенно из прошлого в будущее. Затем Хокинг обсуждает три"стрелы времени «которые, по его мнению, придают времени это свойство.

Первая стрела времени Хокинга - это термодинамическая стрела времени. Это направление, в котором энтропия (который Хокинг называет беспорядком) увеличивается.По словам Хокинга, именно поэтому мы никогда не видим, чтобы осколки чашки собирались вместе, чтобы образовать целую чашу.

Вторая стрелка - это психологическая стрела времени. Кажется, что наше субъективное ощущение времени течет в одном направлении, поэтому мы помним прошлое, а не будущее. Хокинг утверждает, что наш мозг измеряет время таким образом, чтобы беспорядок усиливался по направлению времени - мы никогда не наблюдаем, как он работает в противоположном направлении. Другими словами, Хокинг утверждает, что психологическая стрела времени переплетается с термодинамической стрелой времени.

Третья и последняя стрела времени Хокинга - космологическая стрела времени. Это направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается. Обратите внимание, что во время фазы сжатия Вселенной термодинамические и космологические стрелки времени не согласятся.

Хокинг утверждает, что "предложение без границ «Вселенная подразумевает, что Вселенная будет расширяться в течение некоторого времени, прежде чем снова сжиматься. Он продолжает утверждать, что предложение об отсутствии границ - это то, что движет энтропией, и что оно предсказывает существование четко определенной термодинамической стрелы времени тогда и только тогда. если Вселенная расширяется, это означает, что Вселенная должна была начаться в гладком и упорядоченном состоянии, которое должно расти в сторону беспорядка с течением времени.

Хокинг утверждает, что из-за предложения об отсутствии границ сжимающаяся Вселенная не будет иметь четко определенной термодинамической стрелки, и поэтому только Вселенная, которая находится в фазе расширения, может поддерживать разумную жизнь. С использованием слабый антропный принцип Хокинг продолжает утверждать, что термодинамическая стрела должна совпадать с космологической стрелой, чтобы разумная жизнь могла наблюдать любую из них. По мнению Хокинга, именно поэтому люди ощущают эти три стрелы времени, летящие в одном направлении.

Глава 10: Червоточины и путешествия во времени

Многие физики пытались разработать возможные методы с помощью людей с продвинутые технологии может быть в состоянии путешествовать Быстрее скорости света, или путешествовать назад во времени, и эти концепции стали основой научная фантастика.

Мосты Эйнштейна – Розена были предложены в начале истории общая теория относительности исследование. Эти «кротовые норы» снаружи выглядели бы идентичными черным дырам, но вошедшая в них материя перемещалась бы в другое место в пространстве-времени, потенциально в далекую область пространства или даже назад во времени.

Однако более поздние исследования показали, что такая кротовая нора, даже если она вообще могла сформироваться, не пропускала бы какой-либо материал, прежде чем превратиться обратно в обычную черную дыру. Единственный способ, которым червоточина теоретически могла оставаться открытой и, таким образом, позволять путешествовать со скоростью, превышающей скорость света, или путешествовать во времени, потребовал бы существования экзотика с отрицательным плотность энергии, что нарушает энергетические условия общей теории относительности. Таким образом, почти все физики согласны с тем, что путешествия со скоростью выше скорости света и назад во времени невозможны.

Хокинг также описывает свой собственный "гипотеза защиты хронологии ", который дает более формальное объяснение того, почему путешествия во времени со скоростью быстрее света и назад почти наверняка невозможны.

Глава 11: Объединение физики

Фундаментальные объекты теории струн бывают открытыми и закрытыми. струны.

Квантовая теория поля (QFT) и общая теория относительности (ОТО) описывают физику Вселенной с поразительной точностью в пределах своей области применимости. Однако эти две теории противоречат друг другу. Например, принцип неопределенности QFT несовместима с GR. Это противоречие и тот факт, что QFT и GR не полностью объясняют наблюдаемые явления. Эти проблемы побудили физиков искать теорию "квантовая гравитация "который является внутренне непротиворечивым и объясняет наблюдаемые явления так же хорошо или лучше, чем это делают существующие теории.

Хокинг выражает осторожный оптимизм в отношении того, что такая единая теория Вселенной может быть скоро найдена, несмотря на серьезные проблемы. На момент написания книги "теория суперструн "стала самой популярной теорией квантовой гравитации, но эта теория и связанные с ней теории струн все еще были неполными и еще не были доказаны, несмотря на значительные усилия (это остается актуальным по состоянию на 2020 год). Теория струн предполагает, что частицы ведут себя как одномерные «струны», а не как безразмерные частицы, как в КТП. Эти струны «вибрируют» во многих измерениях. Вместо трех измерений, как в КТП, или четырех измерений, как в ОТО, теория суперструн требует всего 10 измерений. Природу шести измерений "гиперпространства", требуемых теорией суперструн, трудно, если не невозможно, изучить, оставляя бесчисленное количество теоретических пейзажи теории струн каждый из которых описывает вселенную с разными свойствами. Без средств для сужения диапазона возможностей найти практическое применение теории струн, вероятно, невозможно.

Альтернативные теории квантовой гравитации, такие как петля квантовой гравитации, также страдают от недостатка доказательств и трудностей в изучении.

Таким образом, Хокинг предлагает три возможности: 1) существует полная унифицированная теория, которую мы в конечном итоге найдем; 2) совпадающие характеристики различных ландшафтов позволят нам постепенно со временем объяснить физику более точно и 3) окончательной теории не существует. Третью возможность обошли, признав пределы, установленные принципом неопределенности. Вторая возможность описывает то, что происходило в физических науках до сих пор, с помощью все более точных частных теорий.

Хокинг считает, что такое уточнение имеет предел и что, изучая самые ранние стадии Вселенной в лабораторных условиях, в 21 веке будет найдена полная теория квантовой гравитации, которая позволит физикам решить многие из нерешенных в настоящее время проблем физики.

Глава 12: Заключение

Хокинг утверждает, что люди всегда хотели понять Вселенную и свое место в ней. Поначалу события считались случайными и контролировались человеческими эмоциональными настроениями. Но в астрономии и в некоторых других ситуациях были обнаружены закономерности в работе Вселенной. Благодаря научному прогрессу в последние столетия, внутреннее устройство Вселенной стало понятнее. В начале девятнадцатого века Лаплас предположил, что структура и эволюция Вселенной в конечном итоге могут быть точно объяснены набором законов, но что происхождение этих законов было оставлено во владениях Бога. В двадцатом веке квантовая теория ввела принцип неопределенности, который установил пределы точности предсказания будущих законов, которые предстоит открыть.

Исторически сложилось так, что изучение космология (изучение происхождения, эволюции и конца Земли и Вселенной в целом) было в первую очередь мотивировано поиском философских и религиозных идей, например, чтобы лучше понять природа Бога или даже будь Бог вообще существует. Однако большинство современных ученых, которые работают над этими теориями, подходят к ним с помощью математических расчетов и эмпирических наблюдений, а не задают такие философские вопросы. Все более технический характер этих теорий привел к тому, что современная космология все больше отдаляется от философских дискуссий. Хокинг выражает надежду, что когда-нибудь все будут говорить об этих теориях, чтобы понять истинное происхождение и природу Вселенной и добиться «окончательного триумфа человеческого разума».

Редакции

• 1988: Первое издание включало введение Карл Саган это рассказывает следующую историю: Саган был в Лондон для научной конференции в 1974 году, а между сессиями он забрел в другую комнату, где проходила большая встреча. "Я понял, что смотрю древнюю церемонию: посвящение новых людей в Королевское общество, одна из самых древних научных организаций на планете. В первом ряду молодой человек в инвалидном кресле очень медленно ставил свою подпись в книге, на первых страницах которой стояла подпись Исаак Ньютон ... Стивен Хокинг был легендой уже тогда ». В своем вступлении Саган добавляет, что Хокинг является« достойным преемником »Ньютона и Поль Дирак, оба бывшие Лукасовские профессора математики.^[5]

Введение было удалено после первого издания, так как оно было защищенный авторским правом Саганом, а не Хокингом или издателем, и издатель не имел права переиздавать его бессрочно. Хокинг написал собственное введение для последующих изданий.

• 1994, Краткая история времени - Интерактивное приключение. Компакт-диск с интерактивным видеоматериалом, созданный С. У. Хокингом, Джимом Мервисом и Робитом Хэрманом (доступен для Windows 95, Windows 98, Windows ME и Windows XP).^[6]
• 1996 г., иллюстрированное, обновленное и расширенное издание: это издание в твердом переплете содержало полноцветные иллюстрации и фотографии, помогающие дополнительно пояснить текст, а также добавляли темы, которые не были включены в исходную книгу.
• 1998, издание к десятой годовщине: в нем тот же текст, что и в издании 1996 года, но он также был выпущен в мягкой обложке и содержит лишь несколько диаграмм. ISBN  0553109537
• 2005, Более краткая история времени: сотрудничество с Леонард Млодинов сокращенной версии оригинальной книги. Он был снова обновлен для решения новых проблем, возникших в результате дальнейшего научного развития. ISBN  0-553-80436-7

Фильм

В 1991 г. Эррол Моррис направил документальный фильм о Хокинге, но, несмотря на то, что у них общее название, фильм биографический исследование Хокинга, а не экранизация книги.

Программы

«Карманная вселенная Стивена Хокинга: Краткая история времени, пересмотренная» основана на книге. Приложение было разработано Preloaded для издателей Transworld, подразделения Пингвин Случайный Дом группа.

Приложение было создано в 2016 году. Его разработал Бен Кортни (ныне Лего ) и спродюсирована ветераном производства видеоигр Джеммой Харрис (ныне Sony ) и доступен на iOS только.

Опера

Нью-Йорк Метрополитен Опера заказал премьеру оперы по книге Хокинга в 2015–2016 годах. Он должен был быть составлен Освальдо Голиев с либретто Альберто Мангель в постановке Роберт Лепаж.^[7] Запланированная опера была изменена на другую тему и в конечном итоге полностью отменена.^[8]

Смотрите также

• Черепахи полностью вниз - шутливое выражение бесконечный регресс проблема космологии, которая появляется в книге Хокинга
• Общая теория относительности § Дополнительная литература
• Список учебников по классической механике и квантовой механике
• Список учебников по термодинамике и статистической механике
• Индекс Хокинга - фиктивное математическое измерение того, как далеко люди будут читать книгу, прежде чем бросить ее, названо в честь книги Хокинга.

использованная литература

внешние ссылки

• Фотографии первого издания Краткая история времени