Світ у горіховій шкаралупці epub. "світ у горіховій шкаралупці"

Стівен Хокінг

Світ у горіховій шкаралупці

Передмова

Я не очікував, що моя науково-популярна книга «Коротка історія часу» виявиться настільки успішною. У списку бестселерів лондонської «Санді таймі» вона протрималася понад чотири роки - довше за будь-яку іншу книгу, що особливо дивно для видання про науку, адже вони зазвичай розходяться не дуже швидко. Потім люди почали питати, коли чекати на продовження. Я чинив опір, мені не хотілося писати щось на кшталт «Продовження короткої історії» або «Трохи довшої історії часу». А ще я був зайнятий дослідженнями. Але поступово зрозуміли, що можна написати іншу книгу, яка має шанс виявитися простіше для розуміння. «Коротка історія часу» була побудована за лінійною схемою: здебільшого кожен наступний розділ логічно пов'язаний з попередніми. Одним читачам це подобалося, але інші, застрягши на перших розділах, так і не добиралися до цікавіших тем. Справжня книга побудована інакше - вона швидше схожа на дерево: глави 1 і 2 утворюють стовбур, від якого відходять гілки інших розділів.

Ці «відгалуження» значною мірою незалежні один від одного, і, отримавши уявлення про «ствол», читач може знайомитися з ними у довільному порядку. Вони пов'язані з областями, в яких я працював або про які розмірковував після публікації «Короткої історії часу». Тобто відображають напрямки сучасних досліджень, що найбільш активно розвиваються. Усередині кожного розділу я також спробував уникнути лінійної структури. Ілюстрації та підписи до них вказують читачеві альтернативний маршрут, як у «Ілюстрованій короткій історії часу», виданій у 1996 р. Врізання та зауваження на полях дозволяють торкнутися деяких тем глибше, ніж це можливо в основному тексті.

У 1988 р., коли вперше вийшла «Коротка історія часу», враження було таке, що остаточна теорія всього ледь замаячила на горизонті. Наскільки з того часу змінилася ситуація? Чи ми наблизилися до нашої мети? Як ви дізнаєтеся з цієї книги, прогрес був дуже значним. Але подорож ще триває, і кінця йому поки що не видно. Як кажуть, краще продовжувати шлях із надією, ніж прибути до мети. Наші пошуки та відкриття мають творчу активність у всіх сферах, не тільки в науці. Якщо ми досягнемо кінця шляху, людський дух висохне і помре. Але я не думаю, що ми колись зупинимося: рухатимемося якщо не в глибину, то у бік ускладнення, завжди залишаючись у центрі розширюваного горизонту можливостей.

У роботі над цією книгою я мав багато помічників. Особливо я хотів би відзначити Томаса Хертога та Ніла Ширера за їхню допомогу з малюнками, підписами та врізками, Енн Харріс та Кітті Фергюссон, які редагували рукопис (або, точніше, комп'ютерні файли, оскільки все, що я пишу, з'являється в електронній формі), Філіпа Данна з Book Laboratory та Moonrunner Design, який створив ілюстрації. Але, крім того, я хочу подякувати всім тим, хто дав мені можливість вести нормальне життя і займатися науковими дослідженнями. Без них ця книга не була б написана.

Коротка історія відносності

Про те, як Ейнштейн заклав основи

двох фундаментальних теорій ХХ століття:

загальної теорії відносності та квантової механіки

Альберт Ейнштейн, творець спеціальної та загальної теорій відносності, народився в 1879 р. в німецькому місті Ульме, пізніше сім'я перебралася до Мюнхена, де у батька майбутнього вченого, Германа, та його дядька, Якоба, була невелика і не надто успішна електротехнічна фірма. Альберт не був вундеркіндом, але твердження, що він не встигав у школі, виглядають перебільшенням. У 1894 р. бізнес його батька прогорів, і сім'я переїхала до Мілана. Батьки вирішили залишити Альберта у Німеччині до закінчення школи, але він не виносив німецького авторитаризму і через кілька місяців покинув школу, вирушивши до Італії до своєї родини. Пізніше він завершив освіту в Цюріху, отримавши в 1900 диплом престижного Політехнікуму ( E idgenössische T echnische H ochschule - Вища технічна училище). Схильність до суперечок і нелюбов до начальства завадили Ейнштейну налагодити стосунки з професорами ЕТН, тож ніхто з них не запропонував йому місця помічника, з якого зазвичай починалася академічна кар'єра. Лише за два роки молодій людині нарешті вдалося влаштуватися на посаду молодшого клерка у Швейцарському патентному бюро у Берні. Саме в той період, в 1905 р., він написав три статті, які не тільки зробили Ейнштейна одним з провідних вчених світу, але й започаткували дві наукові революції - революції, які змінили наші уявлення про час, простір і саму реальність.

До кінця XIX століття вчені вважали, що впритул підійшли до вичерпного опису Всесвіту. За їхніми уявленнями, простір був заповнений безперервним середовищем – «ефіром». Промені світла і радіосигнали розглядалися як хвилі ефіру, подібно до того, як звук є хвилями щільності повітря. Усе, що потрібно завершення теорії, - це ретельно виміряти пружні властивості ефіру. Маючи на увазі це завдання, Джефферсонівську лабораторію в Гарвардському університеті збудували без жодного залізного цвяха, щоб уникнути можливих перешкод у найтонших магнітних вимірах. Проте проектувальники забули, що червоно-коричнева цегла, яка використовувалася при зведенні лабораторії, та й більшості інших будівель Гарварду, містить значну кількість заліза. Будівля служить донині, але в Гарварді так і не знають, яку вагу зможуть витримати перекриття бібліотеки, що не містять залізних цвяхів.

До кінця століття концепція всепроникаючого ефіру почала стикатися з труднощами. Очікувалося, що світло має поширюватися по ефіру з фіксованою швидкістю, але якщо ви самі рухаєтеся крізь ефір у тому ж напрямку, що й світло, швидкість світла повинна здаватися меншою, а якщо ви рухаєтеся в протилежному напрямку, швидкість світла виявиться більшою (рис. 1.1). ).

Мал. 1.1 Теорія нерухомого ефіру

Якби світло було хвилею в пружній речовині, званій ефіром, його швидкість здавалася б вищою від того, хто рухається на космічному кораблі йому назустріч (а), і нижче - тому, хто рухається в тому ж напрямку, що і світло (б).

Однак у ряді експериментів ці уявлення не вдалося підтвердити. Найбільш точний і коректний з них здійснили в 1887 Альберт Майкельсон і Едвард Морлі в Школі прикладних наук Кейза, Клівленд, штат Огайо. Вони порівняли швидкість світла у двох променях, що йдуть під прямим кутом один до одного. Оскільки Земля обертається навколо своєї осі і обертається навколо Сонця, швидкість та напрямок руху апаратури крізь ефір змінюється (рис. 1.2). Але Майкельсон і Морлі не виявили ні добових, ні річних відмінностей у швидкості світла у двох променях. Виходило, ніби світло завжди рухається щодо вас з тією ж швидкістю, незалежно від того, як швидко і в якому напрямку рухаєтеся ви самі (рис. 1.3).

Стівен Хокінг

Світ у горіховій шкаралупці

Передмова

Коротка історія відносності

Про те, як Ейнштейн заклав основи

двох фундаментальних теорій ХХ століття:

загальної теорії відносності та квантової механіки

Мал. 1.1 Теорія нерухомого ефіру

Мал. 1.2

Не було виявлено жодних відмінностей між швидкістю світла у напрямку руху Землі по орбіті та швидкістю світла у перпендикулярному напрямку.

Грунтуючись на експерименті Майкельсона - Морлі, ірландський фізик Джордж Фітцджералд і голландський фізик Хендрік Лоренц припустили, що тіла, що рухаються крізь ефір, повинні стискатися, а годинник - сповільнюватися. Це стиснення та уповільнення такі, що люди завжди будуть отримувати при вимірах однакову швидкість світла незалежно від того, як вони рухаються щодо ефіру. (Фітцджералд і Лоренц, як і раніше, вважали ефір реальною субстанцією.) Однак у статті, написаній у червні 1905 р., Ейнштейн зазначив, що якщо ніхто не може визначити, чи рухається він крізь ефір, то саме поняття ефіру стає зайвим. Натомість він почав з постулату, що закони фізики повинні бути однаковими для всіх спостерігачів, що вільно рухаються. Зокрема, всі вони, вимірюючи швидкість світла, повинні отримувати ту саму величину, з якою б швидкістю не рухалися самі. Швидкість світла є незалежною від їх рухів і однакова в усіх напрямках.

Мал. 1.3. Вимірювання швидкості світла

В інтерферометрі Майкельсона - Моря та світло джерела розщеплювалося на два промені напівпрозорим дзеркалом. Промені рухалися перпендикулярно один до одного, а потім об'єднувалися знову, потрапляючи на напівпрозоре дзеркало. Різниця в швидкості променів світла, що рухаються у двох напрямках, могла б призвести до того, що гребені хвиль одного променя прийшли б одночасно з западинами хвиль іншого та взаємно погасили один одного.

Живо та інтригуюче. Хокінг від природи наділений задарма вчити і роз'яснювати, з гумором ілюструвати дуже складні поняття аналогіями з повсякденного життя.

New York Times

Ця книга заручає дитячі дива із геніальним інтелектом. Ми подорожуємо всесвітом Хокінга, перенесені гуду силою його розуму.

Sunday Times

Живе і дотепно… Дозволяє широкому читачеві почерпнути глибокі наукові істини з першоджерела.

New Yorker

Стівен Хокінг - майстер ясності… Важко уявити, щоб хтось інший з тих, хто нині живе дохідливіше, виклав страхітливі профана математичні викладки.

Chicago Tribune

Напевно, найкраща науково-популярна книга Майстернє узагальнення того, що сучасні фізики з астрофізики. Дякую, докторе Хокінг! думають про Всесвіт і те, як він став таким.

Wall Street journal

1988 року книга Стівена Хокінга «Коротка історія часу», що побила рекорди продажів, познайомила читачів у всьому світі з ідеями цього чудового фізика-теоретика. І ось нова важлива подія: Хокінг повертається! Чудово ілюстроване продовження – «Світ у горіховій шкаралупці» – розкриває суть наукових відкриттів, які були зроблені після появи його першої, широко визнаної книги.

Один з найблискучіших вчених нашого часу, відомий не тільки сміливістю ідей, але також ясністю та дотепністю їхнього вираження, Хокінг захоплює нас до переднього краю досліджень, де правда здається химернішою вигадки, щоб пояснити простими словами принципи, які керують Всесвітом. Як і багато фізиків-теоретиків, Хокінг прагне знайти Священний Грааль науки - Теорію Усього, яка лежить в основі космосу. Він дозволяє нам торкнутися таємниць світобудови: від супергравітації до суперсиметрії, від квантової теорії до М-теорії, від голографії до дуальностей. Разом з ним ми пускаємося у захоплюючі пригоди, коли він розповідає про спроби створити на основі загальної теорії відносності Ейнштейна та висунутої Річардом Фейнманом ідеї про множинність історій Повну об'єднану теорію, яка опише все, що відбувається у Всесвіті.

Ми супроводжуємо йому в незвичайній подорожі через простір-час, а чудові кольорові ілюстрації служать нам віхами в цій мандрівці по сюрреалістичній Країні чудес, де частинки, мембрани і струни рухаються в одинадцяти вимірах, де чорні діри випаровуються, виносячи з космічне насіння, з якого виріс наш Всесвіт, було крихітним горішком.

Стівен Хокінг займає крісло Лукасовського професора математики в Кембриджському університеті, успадковуючи на цій посаді Ісааку Ньютону та Полу Діраку. Він вважається одним із найвидатніших фізиків-теоретиків з часів Ейнштейна.