Теория мнимого времени

Последние два месяца почитывал Стивена Хокинга (книжка на картинке). Как бы он ни старался объяснить и разжевать современные научные теории людям с гуманитарным складом ума вроде меня, все равно некоторые моменты я так и не понял. Однако его теория о Вселенной с мнимым временем сильно меня впечатлила, как и множество других читателей. Наверное поэтому книга и стала мировым бестселлером, несмотря на относительную сложность.

В этом посте я хочу переплюнуть Хокинга и объяснить его теорию мнимого времени для самых-самых гуманитариев. Я постоянно почитываю всякие научно-популярные статьи по физике и астрономии, интересуюсь состоянием теории суперструн (и, разумеется, ничего в ней не понимаю). Хотя все это увлекает меня, но мой гений физики и математики был жестоко убит в школе своеобразным совковым преподаванием. Так что ныне я сижу на пороге науки и с завистью заглядываю в двери, пытаясь понять чудеса там происходящие.
Значит, попробую своими словами рассказать о теории Хокинга. Если я что-то не так понял или среди моих читателей есть люди более понимающие и ученые, то прошу прокомментировать и поправить меня. Тем не менее, напоминаю, что я в объяснении допускаю невероятные упрощения для облегчения усвоения материала.

Для тех, кто не в курсе, Хокинг - это такой британский гений, инвалид, который даже не может самостоятельно говорить, но по крутости как современный Эйнштейн. Знаменит тем, что расчетным путем обнаружил и доказал всем, что черные дыры не совсем черные, так как со временем они невероятным образом испаряются. Но это отдельная тема для ликбеза.

А мы поговорим о Вселенной вообще.
До 30-х годов прошлого века считалось, что Вселенная неизменна и постоянна. Все галактики стоят на своих местах, вращаются себе в бесконечном космосе, ну и, соответственно, все это сотворил Бог, сразу и внезапно. Либо согласно материалистическому подходу Вселенная просто была, есть и будет в неизменном состоянии, медленно остывая, ожидая тепловой смерти.

Но была одна маленькая проблема – такой подход не согласовывался с теорией относительности Эйнштейна. По этой теории получалось, что если Вселенная постоянна, то она под действием сил гравитации должна схлопнуться, причем практически сразу же после прочтения формулы. Поэтому Эйнштейн подправил свои расчеты специальным числом, и тогда теория стала очень даже ничего и больше не предсказывала катастрофу.

И все бы хорошо, но в 30-е годы астроном Хаббл со своим телескопом сделал открытие: Вселенная расширяется. То есть звезды и галактики не висят там себе в пустоте на одном месте, а разлетаются в разные стороны, причем с огромной скоростью. Для ученого мира это оказалось очень сильным шоком.

Ученые погрустнели и снова сели за формулы, Эйнштейн перед всеми извинился за свои манипуляции, и всем стало понятно, что теория относительности работает без корректировок и даже очевидным образом предсказывает расширение.

Зато дальше на ученых посыпались новые проблемы. Если Вселенная расширяется, да еще с ускорением, значит, она имеет начало и возраст. И само ускорение произошло по какой-то причине. Ведь чтобы что-то двигалось с ускорением, это что-то надо хорошенько пнуть. Формула за формулой, и ученые докопались до идеи о том, что некогда Вселенная находилась в одном небольшом объеме, а потом как бабахнуло, и все вещество из этого объема стало разлетаться, формируя Вселенную. Это шокирующее событие назвали Большим Взрывом.
Они, ученые то есть, даже посчитали, что бабахнуло где-то около 13,5 миллиардов лет назад. Ну а в середине XX века нашлись еще разные экспериментальные подтверждения того, что у Вселенной было начало. Например, микроволновое излучение, полученное из самых дальних уголков космоса, рассказывающее, какой была Вселенная в первые сто миллионов лет.

Итак, все согласились, что Вселенная имеет начало, но мнения о том, какое это было начало, сильно расходились. И вот Хокинг вместе с Пенроузом, опираясь на теорию относительности, показали, что Вселенная в самом начале должна была быть сосредоточена в одной маленькой точке, размеры которой бесконечно малы. Эту точку называют сингулярностью.
Самая беда в том, что в точке сингулярности по разным трудно понимаемым причинам перестают работать законы физики. В ней происходят страшные вещи типа деления на ноль, следствия не имеют причины, время идет в обратную сторону и так далее.

То есть ученым пришлось признаться, что наука может сказать, что было в первые миллисекунды рождения Вселенной, но что было в момент рождения и до него, сказать невозможно, так как наука строится на причинно-следственных связях, а когда их не существует, то в таком случае наука бессильна.
Идею сразу подхватили верующие, и католическая церковь, например, объявила, что теория Большого Взрыва не противоречит акту творения. То есть Бог запалил детонатор бомбы, породившей Вселенную. И собственно все ее нерушимые законы и правила появились в момент рождения.

Кроме того, открытым оставался вопрос о конце Вселенной. Появилось даже три модели того, чем закончится расширение: в первом случае Вселенная однажды перестанет расширяться и начнет сжиматься обратно, во втором случае она будет вечно расширяться с бесконечно уменьшающейся скоростью, а в третьем случае все эти галактики разлетятся на такие расстояния, когда уже гравитация перестанет действовать и галактики будут разлетаться с постоянной скоростью бесконечно, то есть тоже расширяться, но равномерно.

В общем, ученые впали в депрессию и отправились исследовать другие более насущные проблемы, типа квантовой хромодинамики.

Но Хокинг продолжил размышлять. Эта сингулярность, которую он сам же и открыл, как-то ему не нравилась. Она означала, что может быть такое состояние материи, которое не подчиняется законам физики, и вообще, что в нашем мире есть предел, дальше которого познание невозможно. Хокинг подумал, а можно ли теоретически избежать сингулярности, можно ли сочинить такую модель Вселенной, которая не противоречила бы экспериментальным данным, но и не содержала в себе парадокса Большого Взрыва.

По всякому он крутил у себя в голове формулы, прикидывая и считая. И однажды предположил, а что если время, идущее от прошлого к будущему, на самом деле может идти без проблем в обратную сторону, и что для Вселенной время это обычная координата, как длина или ширина? Это для нас время движется строго в одном направлении, а для безмолвной Вселенной оно может измеряться в любую сторону.
Для того чтобы эту идею подставить в формулы, Хокинг использовал математический аппарат из так называемых мнимых чисел (в этом аппарате возможно деление на ноль и время со знаком «минус»). И в результате расчетов оказалось, что законам физики (имеется в виду физика частиц – кирпичиков, из которых состоит наш мир) абсолютно все равно, в какую сторону идет время: хоть вперед, хоть назад, хоть вправо, хоть влево. Законы физики работают одинаково хорошо для любого направления времени (если считать это время в мнимых единицах, а не в секундах, как считаем его мы).

После невероятных расчетов и раздумий Хокинг представил красивую теорию. Получалось, что если время - обычная «пространственная» координата, как длина, ширина и высота, то наш мир в таком случае четырехмерен, замкнут и не имеет границ.

Это довольно трудно понять. Хокинг объясняет суть теории на примере двумерной поверхности. Представьте себе шар, вроде нашего Земного. Линия, проведенная от полюса к полюсу – это координата времени, а широта - это одна из пространственных координат (под которой мы имеем в виду сразу все три координаты пространства, так как нам не представить четырехмерный мир в своем воображении).
Таким образом, на южном полюсе начинается Вселенная – это та самая «точка сингулярности», если мы движемся вверх к экватору по линии времени, то наблюдаем, как Вселенная расширяется и на экваторе достигает своих максимальных размеров в пространстве-времени. А потом при движении к северному полюсу Вселенная начинает сжиматься и на самом верху снова получаем сингулярность.
Но полюсы мы выбрали случайно. Все точки на этом шаре равнозначны. Так как время не имеет направления, то любая точка на этом шаре может является полюсом или точкой отсчета. Можно ткнуть в шар наугад и сказать, что это начало Вселенной – если рассмотреть историю существ, которые живут от этого начала, то время бы для них имело другое направление. Например, у них осколки разбитой кружки с течением времени превращались бы в целую кружку.
Этот четырехмерный пространственно-временной шар не имеет границ, но замкнут. Идя в одну сторону – выходишь с противоположной, как на Земном шаре.

И тогда мы получаем удивительный вывод, что Вселенная самодостаточна. Она была всегда и всегда будет. Для ее объяснения не требуется никаких созидающих высших сил внутри. Вопрос о том, кто это все сотворил, разумеется, остается, но уже переносится за категории всех возможных физических величин, вне времени и пространства. И если  кто-то этот мир сотворил, то он остался снаружи и не может вмешаться внутрь.

Возникает еще один важный вопрос. А как же мы? Почему мы живем в мире, где время может идти в любую сторону, но мы не помним будущее, и стакан у нас разбивается навсегда?
Но и тут у науки есть ответ: так называемый антропный принцип. Он означает, что мы появились, потому что так сложились условия. Наши тела, наш мозг устроен так, что мы замечаем, что время течет только в одну сторону. Представьте щепку в быстром ручье. Для муравья на ней очевидно, что координата длины увеличивается только в одну сторону – назад по оси расстояния он вернуться не может по причине того, что ручей создан природой и одна из координат пространства-времени постоянно изменяется.
Так и мы вынуждены плыть по оси времени, не имея возможности повернуть.

Мы – существа, которые двигаются от южного полюса четырехмерного шара  к экватору. И только на этом отрезке возможна наша жизнь. Для нас, в силу восприятия процессов Вселенной, существует такое понятие как большой взрыв (начало отрезка) и конец света (достижение экватора), когда Вселенная по нашим представлениям начнет сжиматься. Но возможно есть какие-то существа, которые запросто путешествуют по линии времени – для них не является парадоксом явление, когда стакан собирается из кусочков, и в сжатии Вселенной нет ничего страшного, они могут просто изменить направление времени и «обойти» катастрофу стороной.

Мы появились в этом мире из-за удачно сложившихся обстоятельств по законам эволюции, но мы в силу этих законов ограничены в представлении полной картины мира. И это довольно печальный вывод из теории Хокинга.

На данный момент, разумеется, мы не имеем никаких экспериментальных подтверждений его теории. Но она действительно изящна и научно непротиворечива, иначе говоря, гипотеза вполне может оказаться реальностью. В таком случае многие вещи о нашем мироздании станут нам понятны, и неизвестно, какие новые открытия это повлечет. Может мы начнем задумываться о том, как вырваться из этой клетки под названием Вселенная и посмотреть, а что еще есть там за пределами возможных измерений.

PS: несмотря на то, что теория мнимого времени никак не согласуется с христианством и прочими теистическими религиями, такие метафизические системы как буддизм или даосизм спокойно ее проглотят и не поперхнутся. Буддисты скажут, что они давно говорили – мир зациклен и бесконечен, и спасение в том, чтобы сбежать из этого мира. А даосы промолчат, но по их хитрым взглядам станет ясно, что это для них давно не новость.

А скачать книгу вы можете по этим ссылкам:

Скачать в формате FB2 (Размер: 1267 Кб)

Скачать в формате DOC (Размер: 99кб)

Скачать в формате RTF (Размер: 99кб)

Скачать в формате TXT (Размер: 1261кб)

Скачать в формате HTML (Размер: 1264кб)

источник: