Në vitin 1988, libri rekord i Stephen Hawking, A Brief History of Time, prezantoi idetë e këtij fizikani të shquar teorik tek lexuesit në mbarë botën. Dhe këtu është një ngjarje e re e rëndësishme: Hawking është kthyer! Vazhdimi i ilustruar bukur, Bota me pak fjalë, zbulon zbulimet shkencore që janë bërë që nga botimi i librit të tij të parë, të vlerësuar gjerësisht.

Një nga shkencëtarët më të shkëlqyer të kohës sonë, i njohur jo vetëm për guximin e ideve të tij, por edhe për qartësinë dhe zgjuarsinë e shprehjes së tij, Hawking na çon në skajin e fundit të kërkimit, ku e vërteta duket më e çuditshme se fiksioni, për të shpjeguar në terma të thjeshtë parimet që qeverisin universin.

Ashtu si shumë fizikanë teorikë, Hawking dëshiron të gjejë Graalin e Shenjtë të shkencës - Teorinë e Gjithçkaje, e cila qëndron në themelin e kozmosit. Na lejon të prekim sekretet e universit: nga supergraviteti te supersimetria, nga teoria kuantike te teoria M, nga holografia te dualitetet. Së bashku ne nisim një aventurë magjepsëse ndërsa ai flet për përpjekjet e tij për të krijuar, bazuar në teorinë e përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit dhe idenë e Richard Feynman për historitë e shumëfishta, një teori të plotë të unifikuar që do të përshkruante gjithçka që ndodh në Univers.

Ne e shoqërojmë atë në një udhëtim të jashtëzakonshëm nëpër hapësirë-kohë dhe ilustrimet e mrekullueshme me ngjyra shërbejnë si pikë referimi në këtë udhëtim nëpër një Tokë të Çudirave surreale, ku grimcat, membranat dhe vargjet lëvizin në njëmbëdhjetë dimensione, ku vrimat e zeza avullojnë, duke marrë sekretet e tyre me vete, dhe ku fara kozmike nga e cila u rrit Universi ynë ishte një arrë e vogël.

STEPHEN HAWKING
Universi me pak fjalë
Përkthyer nga anglishtja nga A. G. Sergeev
Publikimi u përgatit me mbështetjen e Fondacionit të Dinastisë së Dmitry Zimin
SPb: Amfora. Amfora TID, 2007. - 218 f.

Kapitulli 5. Mbrojtja e së kaluarës

Rreth asaj nëse udhëtimi në kohë është i mundur dhe nëse një qytetërim shumë i zhvilluar, duke u kthyer në të kaluarën, është i aftë ta ndryshojë atë

Sepse Stephen Hawking (i cili humbi një bast të mëparshëm për këtë çështje duke i bërë kërkesat e tij shumë të përgjithshme) mbetet i bindur se singularitetet e zhveshura janë të mallkuara dhe duhet të ndalohen nga ligjet e fizikës klasike, dhe sepse John Preskill dhe Kip Thorne (që fituan të mëparshmen bast) - ende besoni se singularitetet e zhveshura si objekte gravitacionale kuantike mund të ekzistojnë, pa u mbuluar nga horizonti, në Universin e vëzhgueshëm, Hawking propozoi dhe Preskill/Thorne pranoi bastin e mëposhtëm:

Meqenëse çdo formë e materies ose fushës klasike që nuk është në gjendje të bëhet singulare në hapësirën e sheshtë, i bindet ekuacioneve klasike të teorisë së përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit, evolucioni dinamik nga çdo kusht fillestar (d.m.th., nga çdo grup i hapur i të dhënave fillestare) nuk mund të gjenerojë kurrë një singularitet lakuriq (gjeodezike jo e plotë zero nga I + me pikë fundore në të kaluarën).

Humbësi e shpërblen fituesin me veshje në mënyrë që ai të mbulojë lakuriqësinë e tij. Veshja duhet të jetë e qëndisur me një mesazh të përshtatshëm për rastin.

Miku dhe kolegu im Kip Thorne, me të cilin kam bërë shumë baste (ende aktive), nuk është nga ata që ndjekin linjën e pranuar përgjithësisht në fizikë vetëm sepse e bëjnë të gjithë të tjerët. Prandaj, ai u bë shkencëtari i parë serioz që guxoi të diskutonte udhëtimin në kohë si një mundësi praktike.

Të flasësh hapur për udhëtimin në kohë është një çështje shumë e ndjeshme. Ju rrezikoni të devijoheni ose nga thirrjet me zë të lartë për të investuar paratë e buxhetit në njëfarë absurditeti, ose nga kërkesat për të klasifikuar kërkimet për qëllime ushtarake. Vërtet, si mund të mbrohemi nga dikush me një makinë kohe? Në fund të fundit, ai është në gjendje të ndryshojë vetë historinë dhe të sundojë botën. Pak prej nesh janë mjaft të guximshëm për të punuar në një pyetje që konsiderohet politikisht kaq e pasaktë nga fizikanët. Ne e maskojmë këtë fakt me terma teknikë që kodojnë udhëtimin në kohë.

Baza e të gjitha diskutimeve moderne rreth udhëtimit në kohë është teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit. Siç u pa në kapitujt e mëparshëm, ekuacionet e Ajnshtajnit e bëjnë hapësirën dhe kohën dinamike duke përshkruar se si ato përkulen dhe shtrembërohen nga materia dhe energjia në Univers. Në relativitetin e përgjithshëm, koha personale e çdokujt, e matur me një orë dore, gjithmonë do të rritet, ashtu si në teorinë e Njutonit ose në hapësirën e sheshtë të relativitetit special. Por ndoshta hapësira-koha do të jetë aq e shtrembëruar sa do të jeni në gjendje të fluturoni larg me një anije dhe të ktheheni përpara nisjes suaj (Fig. 5.1).

Për shembull, kjo mund të ndodhë nëse ka vrima krimbash - tubat hapësirë-kohë të përmendur në kapitullin 4 që lidhin rajone të ndryshme të saj. Ideja është që të dërgohet një anije ylli në një grykë të një vrime krimbi dhe të dalë nga një tjetër në një vend dhe kohë krejtësisht të ndryshme (Fig. 5.2).

Vrimat e krimbave, nëse ekzistojnë, mund të zgjidhin problemin e kufirit të shpejtësisë në hapësirë: sipas teorisë së relativitetit, duhen dhjetëra mijëra vjet për të kaluar Galaktikën. Por përmes një vrime krimbi ju mund të fluturoni në anën tjetër të Galaxy dhe të ktheheni gjatë darkës. Ndërkohë, është e lehtë të tregosh se nëse vrimat e krimbave ekzistojnë, ato mund të përdoren për të gjetur veten në të kaluarën.

Pra, ia vlen të mendoni se çfarë do të ndodhë nëse arrini, për shembull, të hidhni në erë raketën tuaj në platformën e lëshimit në mënyrë që të parandaloni fluturimin tuaj. Ky është një variant i paradoksit të famshëm: çfarë do të ndodhte nëse do të ktheheshit pas në kohë dhe do të vrisnit vetë gjyshin tuaj përpara se ai të mund të krijonte babanë tuaj (Figura 5.3)?

Sigurisht, paradoksi këtu lind vetëm nëse supozojmë se, një herë në të kaluarën, mund të bësh çfarë të duash. Ky libër nuk është vendi për diskutime filozofike rreth vullnetit të lirë. Në vend të kësaj, ne do të fokusohemi nëse ligjet e fizikës lejojnë që hapësirë-koha të shtrembërohet në mënyrë që një trup makroskopik si një anije kozmike të mund të kthehet në të kaluarën e tij. Sipas teorisë së Ajnshtajnit, një anije kozmike lëviz gjithmonë me një shpejtësi që është më e vogël se shpejtësia lokale e dritës në hapësirë-kohë, dhe ndjek të ashtuquajturën linjë botërore të ngjashme me kohën. Kjo na lejon të riformulojmë pyetjen në terma teknikë: a mund të ketë kthesa të mbyllura të ngjashme me kohën në hapësirë-kohë, domethënë ato që kthehen përsëri dhe përsëri në pikën e tyre fillestare? Unë do t'i quaj trajektore të tilla "kohore s mi unazore.”

Ju mund të kërkoni një përgjigje për pyetjen e parashtruar në tre nivele. E para është niveli i teorisë së përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit, që nënkupton se Universi ka një histori të përcaktuar qartë pa asnjë pasiguri. Për këtë teori klasike kemi një tablo të plotë. Megjithatë, siç e pamë, një teori e tillë nuk mund të jetë absolutisht e saktë, pasi, sipas vëzhgimeve, materia i nënshtrohet pasigurisë dhe luhatjeve kuantike.

Prandaj, mund të shtrojmë pyetjen për udhëtimin në kohë në nivelin e dytë - për rastin e teorive gjysmë-klasike. Tani ne e konsiderojmë sjelljen e materies sipas teorisë kuantike me pasiguri dhe luhatje kuantike, por e konsiderojmë hapësirë-kohën si të mirëpërcaktuar dhe klasike. Kjo foto nuk është aq e plotë, por të paktën jep një ide se si të vazhdohet.

Së fundi, ekziston një qasje nga këndvështrimi i një teorie të plotë kuantike të gravitetit, çfarëdo që rezulton të jetë. Në këtë teori, ku jo vetëm materia, por edhe vetë koha dhe hapësira janë subjekt i pasigurisë dhe luhatjeve, nuk është as plotësisht e qartë se si të shtrohet pyetja e mundësisë së udhëtimit në kohë. Ndoshta më e mira që mund të bëhet është t'u kërkosh njerëzve në rajone ku hapësirë-koha është pothuajse klasike dhe pa pasiguri, të interpretojnë matjet e tyre. A do të përjetojnë udhëtimin në kohë në rajone me gravitet të fortë dhe luhatje të mëdha kuantike?

Le të fillojmë me teorinë klasike: hapësirë-koha e sheshtë e teorisë speciale të relativitetit (pa gravitetin) nuk lejon udhëtimin në kohë kjo është gjithashtu e pamundur në ato versione të lakuar të hapësirë-kohës që u studiuan në fillim. Ajnshtajni u trondit fjalë për fjalë kur në vitin 1949 Kurt Gödel, i njëjti që vërtetoi teoremën e famshme të Gödel, zbuloi se hapësirë-koha në një univers tërësisht të mbushur me materie rrotulluese ka një të përkohshme. në laku i th në çdo pikë (Fig. 5.4).

Zgjidhja e Gödel kërkonte futjen e një konstante kozmologjike, e cila mund të mos ekzistojë në realitet, por më vonë u gjetën zgjidhje të ngjashme pa një konstante kozmologjike. Një rast veçanërisht interesant është kur dy vargje kozmike lëvizin pranë njëri-tjetrit me shpejtësi të madhe.

Vargjet kozmike nuk duhet të ngatërrohen me objektet elementare të teorisë së fijeve, me të cilat ato nuk kanë lidhje krejtësisht. Objekte të tilla kanë shtrirje, por në të njëjtën kohë kanë një seksion kryq të vogël. Ekzistenca e tyre parashikohet në disa teori të grimcave elementare. Hapësira koha jashtë një vargu të vetëm kozmik është e sheshtë. Megjithatë, kjo hapësirë-kohë e sheshtë ka një prerje në formë pyke, pjesa e sipërme e së cilës shtrihet vetëm në fije. Është e ngjashme me një kon: merrni një rreth të madh letre dhe prisni një sektor prej tij, si një copë byreku, maja e së cilës ndodhet në qendër të rrethit. Pasi të keni hequr pjesën e prerë, ngjitni skajet e prerjes në pjesën e mbetur - do të merrni një kon. Ai përshkruan hapësirën-kohën në të cilën ekziston vargu kozmik (Fig. 5.5).

Vini re se meqenëse sipërfaqja e konit është ende e njëjta copë letre e sheshtë me të cilën filluam (minus sektori i hequr), ai mund të konsiderohet ende i sheshtë, përveç majës. Prania e lakimit në kulm mund të zbulohet nga fakti se rrathët e përshkruar rreth tij janë më të shkurtër se rrathët që janë në të njëjtën distancë nga qendra në fletën origjinale të rrumbullakët të letrës. Me fjalë të tjera, rrethi rreth kulmit është më i shkurtër se një rreth me të njëjtën rreze që duhet të jetë në hapësirën e sheshtë për shkak të sektorit që mungon (Fig. 5.6).

Në mënyrë të ngjashme, një sektor i hequr nga hapësira e sheshtë koha shkurton rrathët rreth vargut kozmik, por nuk ndikon në kohën ose distancën përgjatë tij. Kjo do të thotë se hapësira-koha rreth një vargu kozmik individual nuk përmban kohë s x sythe, dhe për këtë arsye udhëtimi në të kaluarën është i pamundur. Sidoqoftë, nëse ekziston një varg i dytë kozmik që lëviz në lidhje me të parën, drejtimi i tij kohor do të jetë një kombinim i ndryshimeve kohore dhe hapësinore të të parit. Kjo do të thotë se sektori që pritet nga vargu i dytë do të zvogëlojë si distancat në hapësirë ​​dhe intervalet kohore për vëzhguesin që lëviz së bashku me vargun e parë (Fig. 5.7). Nëse vargjet lëvizin në lidhje me njëri-tjetrin me afërsi të shpejtësisë së dritës, zvogëlimi i kohës për të kaluar rreth të dy vargjeve mund të jetë aq i rëndësishëm sa të përfundoni prapa përpara se të filloni. Me fjalë të tjera, ka të përkohshme s e sythe përgjatë të cilave mund të udhëtoni në të kaluarën.

Vargjet kozmike përmbajnë lëndë që ka një densitet pozitiv të energjisë, e cila është në përputhje me fizikën e njohur sot. Megjithatë, shtrembërimi i hapësirës, ​​i cili shkakton të përkohshme s e sythe, shtrihet në pafundësi në hapësirë ​​dhe në të kaluarën e pafund në kohë. Pra, struktura të tilla hapësirë-kohore fillimisht, nga ndërtimi, lejojnë mundësinë e udhëtimit në kohë. Nuk ka asnjë arsye për të besuar se vetë Universi ynë është i përshtatur sipas një stili kaq të çoroditur, ne nuk kemi asnjë provë të besueshme të paraqitjes së të ftuarve nga e ardhmja. (Unë nuk po numëroj teoritë e konspiracionit që UFO-t vijnë nga e ardhmja dhe qeveria e di për këtë, por po fsheh të vërtetën. Ata zakonisht fshehin gjëra që nuk janë aq të shkëlqyera.) Kështu që unë do të supozoj se janë të përkohshme s sythe x nuk ekzistonin në të kaluarën e largët, ose më saktë, në të kaluarën në lidhje me një sipërfaqe në hapësirë-kohë, të cilën unë do ta shënoj S. Pyetje: a mundet një qytetërim shumë i zhvilluar të ndërtojë një makinë kohe? Kjo do të thotë, a mund të ndryshojë hapësirë-kohën në të ardhmen në lidhje me S(mbi sipërfaqe S në diagram) në mënyrë që sythe të shfaqen vetëm në zonën e madhësisë së fundme? Unë them një zonë të kufizuar, sepse pa marrë parasysh se sa i avancuar është një qytetërim, ai duket se është në gjendje të kontrollojë vetëm një pjesë të kufizuar të universit. Në shkencë, formulimi i saktë i një problemi shpesh nënkupton gjetjen e çelësit për zgjidhjen e tij dhe rasti që po shqyrtojmë është një ilustrim i mirë i kësaj. Për përcaktimin e një makine kohe të fundme, do t'i drejtohem një prej veprave të mia të vjetra. Udhëtimi në kohë është i mundur në disa rajone të hapësirë-kohës ku ka të përkohshme s e sythe, pra trajektore me shpejtësi lëvizjeje nëndrite, të cilat megjithatë arrijnë të kthehen në vendin dhe kohën fillestare për shkak të lakimit të hapësirë-kohës. Meqenëse supozova se në të kaluarën e largët e përkohshme s x nuk kishte sythe, duhet të ekzistojë, siç e quaj unë, një "horizont udhëtimi në kohë" - një kufi që ndan zonën që përmban kohë s e sythe, nga zona ku nuk janë (Fig. 5.8).

Horizonti i udhëtimit në kohë është mjaft i ngjashëm me horizontin e një vrime të zezë. Ndërsa kjo e fundit është formuar nga rrezet e dritës që janë vetëm pak larg për të shpëtuar nga një vrimë e zezë, horizonti i udhëtimit në kohë përcaktohet nga rrezet që janë në prag të takimit të tyre. Më tej, unë do ta konsideroj kriterin e një makine kohe si praninë e të ashtuquajturit horizont të gjeneruar të fundëm, domethënë të formuar nga rrezet e dritës që emetohen nga një rajon me madhësi të kufizuar. Me fjalë të tjera, ato nuk duhet të vijnë nga pafundësia ose singulariteti, por vetëm nga një rajon i kufizuar që përmban të përkohshëm në laku th, një zonë e tillë që ne supozojmë se qytetërimi ynë shumë i zhvilluar do të jetë në gjendje të krijojë.

Me pranimin e këtij kriteri të makinës së kohës, ekziston një mundësi e mrekullueshme për të përdorur metodat që Roger Penrose dhe unë zhvilluam për të studiuar singularitetet dhe vrimat e zeza. Edhe pa përdorur ekuacionet e Ajnshtajnit, unë mund të tregoj se, në përgjithësi, një horizont i krijuar në fund të fundit do të përmbajë rreze drite që takohen vetë, duke vazhduar të kthehen në të njëjtën pikë përsëri dhe përsëri. Ndërsa qarkullon, drita do të përjetojë gjithnjë e më shumë ndryshim blu çdo herë dhe imazhet do të bëhen gjithnjë e më blu. Gungat e valëve në rreze do të fillojnë të lëvizin gjithnjë e më afër njëra-tjetrës, dhe intervalet përmes të cilave drita kthehet do të bëhen gjithnjë e më të shkurtra. Në fakt, një grimcë drite do të ketë një histori të fundme kur merret parasysh në kohën e vet, edhe pse ajo drejton rrathët në një rajon të fundëm dhe nuk godet pikën e vetme të lakimit.

Fakti që një grimcë drite do të shterojë historinë e saj në një kohë të kufizuar mund të duket i parëndësishëm. Por unë gjithashtu mund të provoj mundësinë e ekzistencës së linjave botërore, shpejtësia e lëvizjes përgjatë të cilave është më e vogël se drita, dhe kohëzgjatja është e kufizuar. Këto mund të jenë histori të vëzhguesve të cilët janë kapur në një rajon të fundëm përpara horizontit dhe lëvizin përreth, rreth e rrotull, gjithnjë e më shpejt, derisa të arrijnë shpejtësinë e dritës në një kohë të kufizuar. Pra, nëse një alien i bukur nga një disk fluturues ju fton në makinën e saj të kohës, jini të kujdesshëm. Ju mund të bini në grackën e përsëritjes së tregimeve me një kohëzgjatje totale të kufizuar (Figura 5.9).

Këto rezultate nuk varen nga ekuacioni i Ajnshtajnit, por vetëm nga mënyra në të cilën hapësira-koha shtrembërohet për të prodhuar kohë. O sythe në rajonin përfundimtar. Por megjithatë, çfarë lloj materiali mund të përdorë një qytetërim shumë i zhvilluar për të ndërtuar një makinë kohe me dimensione të fundme? A mund të ketë një densitet pozitiv energjie kudo, siç është rasti me vargun kozmik hapësirë-kohë të përshkruar më sipër? Vargu kozmik nuk e plotëson kërkesën time s E sythe u shfaqën vetëm në rajonin përfundimtar. Por dikush mund të mendojë se kjo është për shkak të faktit se vargjet kanë një gjatësi të pafundme. Dikush mund të shpresojë të ndërtojë një makinë të fundme kohore duke përdorur sythe të fundme të vargjeve kozmike që kanë densitet pozitiv të energjisë në të gjithë. Na vjen keq që zhgënjej njerëzit që, si Kip, duan të kthehen në kohë, por kjo nuk mund të bëhet duke ruajtur densitetin pozitiv të energjisë gjatë gjithë kohës. Mund të vërtetoj se për të ndërtuar makinën më të mirë të kohës do t'ju duhet energji negative.

Në teorinë klasike, dendësia e energjisë është gjithmonë pozitive, kështu që ekzistenca e një makinerie të kufizuar kohore në këtë nivel përjashtohet. Por situata ndryshon në teorinë gjysmëklasike, ku sjellja e materies konsiderohet në përputhje me teorinë kuantike, dhe hapësirë-koha konsiderohet të jetë e mirëpërcaktuar, klasike. Siç e kemi parë, parimi i pasigurisë në teorinë kuantike do të thotë që fushat gjithmonë luhaten lart e poshtë, madje edhe në një hapësirë ​​në dukje boshe, dhe kanë një densitet të pafund energjie. Në fund të fundit, vetëm duke zbritur një vlerë të pafundme, ne marrim densitetin e kufizuar të energjisë që vëzhgojmë në Univers. Kjo zbritje mund të prodhojë gjithashtu një densitet negativ të energjisë, të paktën në nivel lokal. Edhe në hapësirën e sheshtë, mund të gjenden gjendje kuantike në të cilat densiteti i energjisë është lokalisht negativ, megjithëse energjia e përgjithshme është pozitive. Pyes veten nëse këto vlera negative në të vërtetë bëjnë që hapësirë-koha të përkulet në mënyrë që të lindë një makinë e fundme kohore? Duket se ata duhet të çojnë në këtë. Siç është e qartë nga kapitulli 4, luhatjet kuantike nënkuptojnë se edhe hapësira në dukje boshe është e mbushur me çifte grimcash virtuale që shfaqen së bashku, fluturojnë larg dhe pastaj konvergojnë përsëri dhe asgjësojnë njëra-tjetrën (Fig. 5.10). Një nga elementët e çiftit virtual do të ketë energji pozitive, dhe tjetri do të ketë energji negative. Nëse ka një vrimë të zezë, një grimcë me energji negative mund të bjerë në të, dhe një grimcë me energji pozitive mund të fluturojë deri në pafundësi, ku do të shfaqet si rrezatim që mbart energji pozitive nga vrima e zezë. Dhe grimcat me energji negative, që bien në një vrimë të zezë, do të çojnë në një ulje të masës së saj dhe avullim të ngadalshëm, të shoqëruar me një ulje të madhësisë së horizontit (Fig. 5.11).

Lënda e zakonshme me një densitet pozitiv të energjisë gjeneron një forcë tërheqëse gravitacionale dhe përkul hapësirë-kohën në mënyrë që rrezet të kthehen drejt njëra-tjetrës, ashtu si topi në fletën e gomës në kapitullin 2 e kthen gjithmonë topin e vogël drejt vetes dhe kurrë nuk largohet.

Nga kjo rrjedh se zona e horizontit të vrimës së zezë rritet vetëm me kalimin e kohës dhe nuk zvogëlohet kurrë. Që horizonti i një vrime të zezë të zvogëlohet, dendësia e energjisë në horizont duhet të jetë negative dhe hapësirë-koha duhet të bëjë që rrezet e dritës të ndryshojnë. Këtë e kuptova për herë të parë një natë duke shkuar në shtrat, pak pasi lindi vajza ime. Nuk do të them saktësisht se sa kohë më parë ishte, por tani kam një nip.

Avullimi i vrimave të zeza tregon se në nivelin kuantik, densiteti i energjisë ndonjëherë mund të jetë negativ dhe të përkulë hapësirë-kohën në drejtimin që do të nevojitej për të ndërtuar një makinë kohe. Pra, është e mundur të imagjinohet një qytetërim në një fazë kaq të lartë zhvillimi sa të jetë në gjendje të arrijë një densitet mjaft të madh të energjisë negative për të marrë një makinë kohe që do të ishte e përshtatshme për objekte makroskopike si anijet kozmike. Sidoqoftë, ekziston një ndryshim domethënës midis horizontit të një vrime të zezë, e cila formohet nga rrezet e dritës që thjesht vazhdojnë të lëvizin, dhe horizontit në një makinë kohe, e cila përmban rreze të mbyllura drite që thjesht vazhdojnë të ecin në rrathë. Një grimcë virtuale që lëviz vazhdimisht përgjatë një rruge kaq të mbyllur do ta sillte energjinë e saj të gjendjes bazë në të njëjtën pikë. Prandaj, duhet të presim që në horizont, domethënë në kufirin e makinës së kohës - zona në të cilën mund të udhëtoni në të kaluarën - densiteti i energjisë do të jetë i pafund. Kjo konfirmohet nga llogaritjet e sakta në një numër rastesh të veçanta, të cilat janë mjaft të thjeshta për të lejuar që të merret një zgjidhje e saktë. Rezulton se një person ose një sondë hapësinore që përpiqet të kalojë horizontin dhe të futet në makinën e kohës do të shkatërrohet plotësisht nga perdja e rrezatimit (Fig. 5.12). Pra, e ardhmja e udhëtimit në kohë duket mjaft e zymtë (apo duhet të themi verbuese e ndritshme?).

Dendësia e energjisë e një substance varet nga gjendja në të cilën ndodhet, kështu që ndoshta një qytetërim shumë i zhvilluar do të jetë në gjendje ta bëjë densitetin e energjisë në skajin e makinës së kohës të fundme duke "ngrirë" ose hequr grimcat virtuale që lëvizin rreth e rrotull dhe rrumbullakët në një lak të mbyllur. Megjithatë, nuk ka siguri që një makinë e tillë kohore do të jetë e qëndrueshme: shqetësimi më i vogël, për shembull dikush që kalon horizontin për të hyrë në makinën e kohës, mund të fillojë qarkullimin e grimcave virtuale dhe të shkaktojë vetëtima djegëse. Fizikanët duhet ta diskutojnë këtë çështje lirisht, pa frikë nga talljet përçmuese. Edhe nëse rezulton se udhëtimi në kohë është i pamundur, ne do të kuptojmë pse është i pamundur, dhe kjo është e rëndësishme.

Për t'iu përgjigjur me siguri pyetjes në diskutim, duhet të marrim parasysh luhatjet kuantike jo vetëm të fushave materiale, por edhe të vetë hapësirë-kohës. Kjo mund të pritet të shkaktojë njëfarë mjegullimi në shtigjet e rrezeve të dritës dhe në parimin e renditjes kronologjike në përgjithësi. Në fakt, ne mund të mendojmë për rrezatimin e vrimës së zezë si një rrjedhje të shkaktuar nga luhatjet kuantike në hapësirë-kohë, të cilat tregojnë se horizonti nuk është i përcaktuar mirë. Meqenëse nuk kemi ende një teori të gatshme të gravitetit kuantik, është e vështirë të thuhet se cili duhet të jetë efekti i luhatjeve të hapësirës në kohë. Megjithatë, ne mund të shpresojmë të fitojmë disa të dhëna nga përmbledhja e historisë së Feynman-it të përshkruar në Kapitullin 3.

Çdo histori do të jetë një hapësirë-kohë e lakuar me fusha materiale në të. Meqenëse ne do të përmbledhim të gjitha historitë e mundshme, dhe jo vetëm ato që plotësojnë disa ekuacione, shuma duhet të përfshijë gjithashtu ato hapësirë-kohë që janë të shtrembëruara mjaftueshëm për të lejuar udhëtimin në të kaluarën (Figura 5.13). Më pas lind pyetja: pse udhëtime të tilla nuk ndodhin kudo? Përgjigja është se udhëtimi në kohë ndodh në një shkallë mikroskopike, por ne nuk e vërejmë atë. Nëse zbatojmë idenë e Feynman-it për përmbledhjen mbi historitë në një grimcë të vetme, atëherë duhet të përfshijmë histori në të cilat ajo lëviz më shpejt se drita dhe madje mbrapa në kohë. Në veçanti, do të ketë histori në të cilat grimca lëviz rreth e rrotull në një lak të mbyllur në kohë dhe hapësirë. Si në filmin “Groundhog Day”, ku reporteri jeton të njëjtat ditë pa pushim (Fig. 5. 14).

Grimcat me histori të tilla të ciklit të mbyllur nuk mund të vëzhgohen në përshpejtuesit. Megjithatë, efektet e tyre anësore mund të maten duke vëzhguar një sërë efektesh eksperimentale. Njëra është një zhvendosje e lehtë në rrezatimin e emetuar nga atomet e hidrogjenit, i cili shkaktohet nga elektronet që lëvizin në sythe të mbyllura. Tjetra është një forcë e vogël që vepron midis pllakave metalike paralele dhe e shkaktuar nga fakti se midis tyre vendosen pak më pak sythe të mbyllura sesa në rajonet e jashtme - ky është një tjetër trajtim ekuivalent i efektit Casimir. Kështu, ekzistenca e historive të mbyllura në një lak konfirmohet me eksperiment (Fig. 5.15).

Është e diskutueshme nëse histori të tilla të lakuara të grimcave kanë ndonjë lidhje me lakimin e hapësirë-kohës, pasi ato shfaqen edhe në një sfond kaq të pandryshueshëm si hapësira e sheshtë. Por vitet e fundit kemi zbuluar se fenomenet fizike shpesh kanë përshkrime të dyfishta po aq të vlefshme. Është po aq e mundur të thuhet se grimcat lëvizin në sythe të mbyllura kundër një sfondi konstant, ose se ato mbeten të palëvizshme ndërsa hapësirë-koha luhatet rreth tyre. Bëhet fjalë për pyetjen: a doni të përmblidhni trajektoret e grimcave në fillim dhe më pas mbi hapësirën e lakuar, apo anasjelltas?

Kështu, teoria kuantike duket se lejon udhëtimin në kohë në një shkallë mikroskopike. Por për qëllime fantastiko-shkencore si kthimi pas në kohë dhe vrasja e gjyshit tuaj, kjo është pak e dobishme. Prandaj, pyetja mbetet: a mundet probabiliteti, kur përmblidhet mbi histori, të arrijë një maksimum në hapësirë-kohën me sythe makroskopike kohore?

Kjo pyetje mund të hulumtohet duke marrë në konsideratë shumat mbi historitë e fushave materiale në një sekuencë të hapësirës së sfondit që po afrohet gjithnjë e më shumë për të lejuar unazat kohore. Do të ishte e natyrshme të pritej që në momentin kur është e përkohshme A Në lak shfaqet për herë të parë, diçka domethënëse do të ndodhë. Kjo është pikërisht ajo që ndodhi në një shembull të thjeshtë që studiova me studentin tim Michael Cassidy.

Hapësirat e sfondit që studiuam ishin të lidhura ngushtë me të ashtuquajturin univers të Ajnshtajnit, një hapësirë-kohë që Ajnshtajni propozoi kur ai ende besonte se universi ishte statik dhe i pandryshueshëm në kohë, as duke u zgjeruar dhe as tkurrur (shih Kapitullin 1). Në universin e Ajnshtajnit, koha lëviz nga një e kaluar e pafundme në një të ardhme të pafundme. Por dimensionet hapësinore janë të fundme dhe të mbyllura në vetvete, si sipërfaqja e Tokës, por vetëm me një dimension më shumë. Një hapësirë-kohë e tillë mund të paraqitet si një cilindër, boshti gjatësor i të cilit do të jetë koha, dhe seksioni tërthor do të jetë hapësira me tre dimensione (Fig. 5.16).

Meqenëse universi i Ajnshtajnit nuk po zgjerohet, ai nuk korrespondon me universin në të cilin jetojmë. Megjithatë, është një kornizë e dobishme për të diskutuar udhëtimin në kohë, sepse është mjaft e thjeshtë që të mund të bëhet përmbledhja e historive. Le të harrojmë për një moment udhëtimin në kohë dhe të shqyrtojmë materien në universin e Ajnshtajnit, i cili rrotullohet rreth një boshti të caktuar. Nëse e gjeni veten në këtë aks, do të qëndroni në të njëjtën pikë të hapësirës, ​​sikur të qëndroni në qendër të një karuseli për fëmijë. Por duke u pozicionuar larg boshtit, ju do të lëvizni në hapësirë ​​rreth tij. Sa më larg të jeni nga boshti, aq më e shpejtë do të jetë lëvizja juaj (Fig. 5.17). Pra, nëse universi është i pafund në hapësirë, pikat mjaft larg nga boshti do të rrotullohen me shpejtësi superluminale. Por meqenëse universi i Ajnshtajnit është i kufizuar në dimensione hapësinore, ekziston një shpejtësi kritike e rrotullimit me të cilën asnjë pjesë e tij nuk do të rrotullohet akoma më shpejt se drita.

Tani merrni parasysh shumën mbi historitë e një grimce në universin rrotullues të Ajnshtajnit. Kur rrotullimi është i ngadalshëm, ka shumë rrugë që një grimcë mund të marrë për një sasi të caktuar energjie. Prandaj, përmbledhja mbi të gjitha historitë e një grimce kundër një sfondi të tillë jep një amplitudë të madhe. Kjo do të thotë se probabiliteti i një sfondi të tillë kur përmblidhet mbi të gjitha historitë e hapësirës-kohës së lakuar do të jetë i lartë, domethënë është një nga historitë më të mundshme. Megjithatë, ndërsa shpejtësia e rrotullimit të universit të Ajnshtajnit i afrohet një pike kritike dhe shpejtësia e lëvizjes së rajoneve të tij të jashtme priret drejt shpejtësisë së dritës, ka mbetur vetëm një rrugë që lejohet. Dhe m për grimcat klasike në skajin e universit, përkatësisht lëvizjen me shpejtësinë e dritës. Kjo do të thotë se shuma mbi historitë e grimcave do të jetë e vogël, që do të thotë se probabilitetet e një hapësire-kohore të tillë s x sfondet në total për të gjitha historitë e hapësirë-kohës së lakuar do të jenë të ulëta. Kjo do të thotë, ato do të jenë më pak të mundshme.

Por çfarë lidhje ka udhëtimi në kohë s m sythe kanë universet rrotulluese të Ajnshtajnit? Përgjigja është se ato janë matematikisht ekuivalente me prejardhjet e tjera në të cilat janë të mundshme sythe kohore. Këto sfonde të tjera janë universe që zgjerohen në dy drejtime hapësinore. Universe të tilla nuk zgjerohen në drejtimin e tretë hapësinor, i cili është periodik. Kjo do të thotë, nëse ecni një distancë të caktuar në këtë drejtim, do të përfundoni aty ku keni filluar. Megjithatë, me çdo rreth në këtë drejtim, shpejtësia juaj në drejtimin e parë dhe të dytë do të rritet (Fig. 5.18).

Nëse nxitimi është i vogël, atëherë përkohësisht s x unazore nuk ekzistojnë. Megjithatë, merrni parasysh një sekuencë prejardhjesh me të gjitha b O rritje më të madhe të shpejtësisë. Unazat kohore shfaqen në një vlerë të caktuar të nxitimit kritik. Nuk është për t'u habitur që ky nxitim kritik korrespondon me shpejtësinë kritike të rrotullimit të universeve të Ajnshtajnit. Meqenëse llogaritja e shumës mbi historitë në të dyja këto sfonde është matematikisht ekuivalente, mund të konkludojmë se probabiliteti i sfondeve të tilla priret në zero ndërsa i afrohemi lakimit të kërkuar për të marrë sythe kohore. Me fjalë të tjera, probabiliteti i shtrembërimit të mjaftueshëm për një makinë kohe është zero. Kjo konfirmon atë që unë e quaj hipotezën e mbrojtjes kronologjike: ligjet e fizikës janë krijuar për të parandaluar lëvizjen e objekteve makroskopike në kohë.

Edhe pse e përkohshme s Për shkak se unazat lejohen kur përmblidhen mbi historitë, probabilitetet e tyre janë jashtëzakonisht të ulëta. Bazuar në marrëdhëniet e dyfishta të përmendura më lart, unë vlerësova probabilitetin që Kip Thorne të mund të udhëtonte prapa në kohë dhe të vriste gjyshin e tij: ishte më pak se një në dhjetë në fuqinë e trilion trilion trilion trilion trilionë.

Është thjesht një probabilitet çuditërisht i ulët, por nëse shikoni nga afër foton e Kip, do të vini re një mjegull të lehtë rreth skajeve. Kjo korrespondon me probabilitetin jashtëzakonisht të vogël që një mashtrues nga e ardhmja të udhëtojë pas në kohë dhe të vrasë gjyshin e tij, dhe për këtë arsye Kip nuk është vërtet këtu.

Duke qenë llojet e lojërave të fatit që jemi, Kip dhe unë do të donim të bastonim për një anomali si kjo. Problemi, megjithatë, është se ne nuk mund ta bëjmë këtë sepse aktualisht jemi të të njëjtit mendim. Dhe nuk do të bëj bast me askënd tjetër. Po sikur të rezultojë të jetë një alien nga e ardhmja që e di se udhëtimi në kohë është i mundur?

A ju duket sikur ky kapitull është shkruar me urdhër të qeverisë për të fshehur realitetin e udhëtimit në kohë? Ndoshta ke te drejte.

Një vijë botërore është një shteg në hapësirë-kohë katërdimensionale. Linjat botërore të ngjashme me kohën kombinojnë lëvizjen në hapësirë ​​me lëvizjen natyrore përpara në kohë. Vetëm përgjatë linjave të tilla mund të ndjekin objektet materiale.

Finite - me dimensione të fundme.

Stephen Hawking

Bota me pak fjalë

Parathënie

Nuk e prisja që libri im jo-fiction, A Brief History of Time, të ishte kaq i suksesshëm. Ai mbeti në listën e bestsellerëve të London Times për më shumë se katër vjet - më gjatë se çdo libër tjetër, gjë që është veçanërisht befasuese për një botim rreth shkencës, sepse ato zakonisht nuk shiten shumë shpejt. Pastaj njerëzit filluan të pyesnin se kur të prisnin një vazhdim. Unë hezitova, nuk doja të shkruaja diçka si “Vazhdimi i një tregimi të shkurtër” apo “Pak histori më e gjatë e kohës”. Isha i zënë edhe me kërkime. Por gradualisht u bë e qartë se mund të shkruhej një libër tjetër, i cili kishte një shans për t'u kuptuar më lehtë. Një Histori e shkurtër e kohës u strukturua sipas një modeli linear: në shumicën e rasteve, çdo kapitull pasues lidhet logjikisht me ato të mëparshme. Disa lexues e pëlqyen, por të tjerë u mbërthyen në kapitujt e hershëm dhe nuk arritën kurrë te temat më interesante. Ky libër është i strukturuar ndryshe - është më shumë si një pemë: kapitujt 1 dhe 2 formojnë një trung, nga i cili shtrihen degët e kapitujve të mbetur.

Këto "degë" janë kryesisht të pavarura nga njëra-tjetra, dhe, pasi të ketë fituar një ide për "trungun", lexuesi mund të njihet me to në çdo mënyrë. Ato lidhen me fushat në të cilat kam punuar ose kam menduar që nga botimi i "Një histori e shkurtër e kohës". Kjo do të thotë, ato pasqyrojnë fushat më aktive në zhvillim të kërkimit modern. Brenda çdo kapitulli jam përpjekur gjithashtu të largohem nga një strukturë lineare. Ilustrimet dhe titrat e drejtojnë lexuesin përgjatë një rruge alternative, si në Një Histori e shkurtër e ilustruar e kohës, botuar në 1996. Shiritat anësor dhe shënimet anësore lejojnë që disa tema të trajtohen në thellësi më të madhe se sa është e mundur në tekstin kryesor.

Në vitin 1988, kur një histori e shkurtër e kohës u botua për herë të parë, përshtypja ishte se Teoria përfundimtare e Gjithçkaje mezi po afrohej në horizont. Si ka ndryshuar situata që atëherë? A jemi më afër qëllimit tonë? Siç do të mësoni në këtë libër, përparimi ka qenë dramatik. Por udhëtimi është ende në vazhdim, dhe nuk ka fund në horizont. Siç thonë ata, është më mirë të vazhdosh udhëtimin me shpresë sesa të arrish në qëllimin. Kërkimet dhe zbulimet tona nxisin kreativitetin në të gjitha fushat, jo vetëm në shkencë. Nëse arrijmë në fund të rrugës, shpirti i njeriut do të thahet dhe do të vdesë. Por nuk mendoj se do të ndalemi kurrë: do të ecim, nëse jo në thellësi, atëherë drejt kompleksitetit, duke qëndruar gjithmonë në qendër të horizontit në zgjerim të mundësive.

Kam pasur shumë ndihmës gjatë punës për këtë libër. Veçanërisht do të doja të falënderoja Thomas Hertog dhe Neil Shearer për ndihmën e tyre me figurat, titrat dhe shiritat anësor, Anne Harris dhe Kitty Fergusson që redaktuan dorëshkrimin (ose më saktë skedarët e kompjuterit, pasi gjithçka që shkruaj shfaqet në formë elektronike), Philip Dunn i Book Laboratory dhe Moonrunner Design, i cili krijoi ilustrimet. Por gjithashtu, dua të falënderoj të gjithë ata që më dhanë mundësinë të bëj një jetë normale dhe të angazhohem në kërkime shkencore. Pa to ky libër nuk do të ishte shkruar.

Një histori e shkurtër e relativitetit

Si hodhi themelet Ajnshtajni

dy teori themelore të shekullit të njëzetë:

relativiteti i përgjithshëm dhe mekanika kuantike

Albert Einstein, krijuesi i teorive speciale dhe të përgjithshme të relativitetit, lindi në vitin 1879 në qytetin gjerman të Ulmit, familja më vonë u shpërngul në Mynih, ku babai i shkencëtarit të ardhshëm, Hermann, dhe xhaxhai i tij, Jacob, kishin një; kompani e vogël dhe jo shumë e suksesshme e inxhinierisë elektrike. Alberti nuk ishte një fëmijë mrekulli, por pretendimet se ai dështoi në shkollë duket të jetë një ekzagjerim. Në 1894, biznesi i babait të tij dështoi dhe familja u zhvendos në Milano. Prindërit vendosën ta linin Albertin në Gjermani derisa ai të mbaronte shkollën, por ai nuk e duroi dot autoritarizmin gjerman dhe pas disa muajsh la shkollën, duke shkuar në Itali për t'u bashkuar me familjen. Më vonë ai përfundoi arsimin e tij në Cyrih, duke marrë një diplomë nga Politekniku prestigjioz në vitin 1900 ( E idgenössische T echnische H ochschule - Shkolla e lartë teknike). Tendenca e Ajnshtajnit për të debatuar dhe mospëlqyer eprorët e tij e pengoi atë të krijonte marrëdhënie me profesorët e ETH, kështu që asnjëri prej tyre nuk i ofroi atij pozicionin e asistentit, gjë që zakonisht fillonte karrierën e tij akademike. Vetëm dy vjet më vonë, i riu më në fund arriti të gjente një punë si nëpunës i ri në Zyrën Zvicerane të Patentave në Bernë. Pikërisht gjatë kësaj periudhe, në vitin 1905, ai shkroi tre punime që jo vetëm që e bënë Ajnshtajnin një nga shkencëtarët kryesorë në botë, por shënuan edhe fillimin e dy revolucioneve shkencore - revolucione që ndryshuan idetë tona për kohën, hapësirën dhe vetë realitetin.

Nga fundi i shekullit të 19-të, shkencëtarët besonin se ata i ishin afruar një përshkrimi gjithëpërfshirës të Universit. Sipas ideve të tyre, hapësira ishte e mbushur me një medium të vazhdueshëm - "eter". Rrezet e dritës dhe sinjalet e radios shiheshin si valë të eterit, ashtu si tingulli janë valët e densitetit të ajrit. Gjithçka që kërkohej për të përfunduar teorinë ishte matja me kujdes e vetive elastike të eterit. Me këtë qëllim në mendje, Laboratori Jefferson në Universitetin e Harvardit u ndërtua pa një gozhdë të vetme hekuri për të shmangur ndërhyrjet e mundshme në matjet më të mira magnetike. Megjithatë, projektuesit harruan se tulla e kuqe-kafe që u përdor në ndërtimin e laboratorit dhe në shumicën e ndërtesave të tjera në Harvard, përmban sasi të konsiderueshme hekuri. Ndërtesa është ende në përdorim sot, por Harvardi ende nuk e di se sa peshë mund të përballojnë dyshemetë e bibliotekës, të cilat nuk përmbajnë gozhda hekuri.

Nga fundi i shekullit, koncepti i një eteri gjithëpërfshirës filloi të haste vështirësi. Drita pritej të udhëtonte nëpër eter me një shpejtësi fikse, por nëse ju vetë po lëvizni nëpër eter në të njëjtin drejtim si drita, shpejtësia e dritës duhet të duket më e ngadaltë, dhe nëse lëvizni në drejtim të kundërt, shpejtësia e dritës do të duket të jetë më e shpejtë (Figura 1.1).

Oriz. 1.1 Teoria e eterit të palëvizshëm

Nëse drita do të ishte një valë në një substancë elastike të quajtur eter, shpejtësia e saj do të dukej më e shpejtë për dikë që lëviz në një anije kozmike drejt saj (a), dhe më e ngadaltë për dikë që lëviz në të njëjtin drejtim si drita (b).

Megjithatë, në një numër eksperimentesh këto ide nuk mund të konfirmoheshin. Më e sakta dhe më e sakta prej tyre u krye në 1887 nga Albert Michelson dhe Edward Morley në Case School of Applied Sciences, Cleveland, Ohio. Ata krahasuan shpejtësinë e dritës në dy rreze që udhëtojnë në kënde të drejta me njëra-tjetrën. Ndërsa Toka rrotullohet rreth boshtit të saj dhe rrotullohet rreth Diellit, shpejtësia dhe drejtimi i lëvizjes së pajisjes përmes eterit ndryshon (Fig. 1.2). Por Michelson dhe Morley nuk gjetën dallime ditore ose vjetore në shpejtësinë e dritës në dy rrezet. Doli që drita gjithmonë lëvizte në lidhje me ju me të njëjtën shpejtësi, pavarësisht sa shpejt dhe në çfarë drejtimi po lëviznit (Fig. 1.3).

Oriz. 1.2

Nuk u gjetën dallime midis shpejtësisë së dritës në drejtim të orbitës së Tokës dhe shpejtësisë së dritës në drejtim pingul.

Bazuar në eksperimentin Michelson-Morley, fizikani irlandez George Fitzgerald dhe fizikani holandez Hendrik Lorentz sugjeruan që trupat që lëvizin nëpër eter duhet të tkurren dhe orët duhet të ngadalësohen. Kjo ngjeshje dhe ngadalësim janë të tilla që njerëzit do të matin gjithmonë të njëjtën shpejtësi të dritës, pavarësisht se si lëvizin në lidhje me eterin. (Fitzgerald dhe Lorentz ende e konsideronin eterin si një substancë të vërtetë.) Megjithatë, në një punim të shkruar në qershor 1905, Ajnshtajni vuri në dukje se nëse askush nuk mund të përcaktojë nëse ai po lëviz nëpër eter apo jo, atëherë vetë koncepti i një eteri bëhet i tepërt. Në vend të kësaj, ai filloi me postulatin se ligjet e fizikës duhet të jenë të njëjta për të gjithë vëzhguesit që lëvizin lirisht. Në veçanti, të gjithë ata, duke matur shpejtësinë e dritës, duhet të marrin të njëjtën vlerë, pavarësisht sa shpejt lëvizin ata vetë. Shpejtësia e dritës është e pavarur nga lëvizjet e tyre dhe është e njëjtë në të gjitha drejtimet.

Oriz. 1.3. Matja e shpejtësisë së dritës

Në interferometrin Michelson-More, drita nga burimi u nda në dy rreze nga një pasqyrë e tejdukshme. Rrezet lëviznin pingul me njëra-tjetrën, dhe më pas u bashkuan përsëri, duke rënë në një pasqyrë të tejdukshme. Dallimi në shpejtësinë e rrezeve të dritës që lëvizin në dy drejtime mund të çojë në faktin se kreshtat e valëve të njërës rreze do të mbërrinin njëkohësisht me koritë e valëve të tjetrës dhe do të anulonin njëra-tjetrën.

Stephen Hawking

Bota me pak fjalë

Parathënie

Nuk e prisja që libri im jo-fiction, A Brief History of Time, të ishte kaq i suksesshëm. Ai mbeti në listën e bestsellerëve të London Times për më shumë se katër vjet - më gjatë se çdo libër tjetër, gjë që është veçanërisht befasuese për një botim rreth shkencës, sepse ato zakonisht nuk shiten shumë shpejt. Pastaj njerëzit filluan të pyesnin se kur të prisnin një vazhdim. Unë hezitova, nuk doja të shkruaja diçka si “Vazhdimi i një tregimi të shkurtër” apo “Pak histori më e gjatë e kohës”. Isha i zënë edhe me kërkime. Por gradualisht u bë e qartë se mund të shkruhej një libër tjetër, i cili kishte një shans për t'u kuptuar më lehtë. Një Histori e shkurtër e kohës u strukturua sipas një modeli linear: në shumicën e rasteve, çdo kapitull pasues lidhet logjikisht me ato të mëparshme. Disa lexues e pëlqyen, por të tjerë u mbërthyen në kapitujt e hershëm dhe nuk arritën kurrë te temat më interesante. Ky libër është i strukturuar ndryshe - është më shumë si një pemë: kapitujt 1 dhe 2 formojnë një trung, nga i cili shtrihen degët e kapitujve të mbetur.

Këto "degë" janë kryesisht të pavarura nga njëra-tjetra, dhe, pasi të ketë fituar një ide për "trungun", lexuesi mund të njihet me to në çdo mënyrë. Ato lidhen me fushat në të cilat kam punuar ose kam menduar që nga botimi i "Një histori e shkurtër e kohës". Kjo do të thotë, ato pasqyrojnë fushat më aktive në zhvillim të kërkimit modern. Brenda çdo kapitulli jam përpjekur gjithashtu të largohem nga një strukturë lineare. Ilustrimet dhe titrat e drejtojnë lexuesin përgjatë një rruge alternative, si në Një Histori e shkurtër e ilustruar e kohës, botuar në 1996. Shiritat anësor dhe shënimet anësore lejojnë që disa tema të trajtohen në thellësi më të madhe se sa është e mundur në tekstin kryesor.

Në vitin 1988, kur një histori e shkurtër e kohës u botua për herë të parë, përshtypja ishte se Teoria përfundimtare e Gjithçkaje mezi po afrohej në horizont. Si ka ndryshuar situata që atëherë? A jemi më afër qëllimit tonë? Siç do të mësoni në këtë libër, përparimi ka qenë dramatik. Por udhëtimi është ende në vazhdim dhe nuk ka fund në horizont. Siç thonë ata, është më mirë të vazhdosh udhëtimin me shpresë sesa të arrish në qëllimin. Kërkimet dhe zbulimet tona nxisin kreativitetin në të gjitha fushat, jo vetëm në shkencë. Nëse arrijmë në fund të rrugës, shpirti i njeriut do të thahet dhe do të vdesë. Por nuk mendoj se do të ndalemi kurrë: do të ecim, nëse jo në thellësi, atëherë drejt kompleksitetit, duke qëndruar gjithmonë në qendër të horizontit në zgjerim të mundësive.

Kam pasur shumë ndihmës gjatë punës për këtë libër. Veçanërisht do të doja të falënderoja Thomas Hertog dhe Neil Shearer për ndihmën e tyre me figurat, titrat dhe shiritat anësor, Anne Harris dhe Kitty Fergusson që redaktuan dorëshkrimin (ose më saktë skedarët e kompjuterit, pasi gjithçka që shkruaj shfaqet në formë elektronike), Philip Dunn i Book Laboratory dhe Moonrunner Design, i cili krijoi ilustrimet. Por gjithashtu, dua të falënderoj të gjithë ata që më dhanë mundësinë të bëj një jetë normale dhe të angazhohem në kërkime shkencore. Pa to ky libër nuk do të ishte shkruar.

Një histori e shkurtër e relativitetit

Si hodhi themelet Ajnshtajni

dy teori themelore të shekullit të njëzetë:

relativiteti i përgjithshëm dhe mekanika kuantike

Albert Einstein, krijuesi i teorive speciale dhe të përgjithshme të relativitetit, lindi në vitin 1879 në qytetin gjerman të Ulmit, familja më vonë u shpërngul në Mynih, ku babai i shkencëtarit të ardhshëm, Hermann, dhe xhaxhai i tij, Jacob, kishin një; kompani e vogël dhe jo shumë e suksesshme e inxhinierisë elektrike. Alberti nuk ishte një fëmijë mrekulli, por pretendimet se ai dështoi në shkollë duket të jetë një ekzagjerim. Në 1894, biznesi i babait të tij dështoi dhe familja u zhvendos në Milano. Prindërit vendosën ta linin Albertin në Gjermani derisa ai të mbaronte shkollën, por ai nuk e duroi dot autoritarizmin gjerman dhe pas disa muajsh la shkollën, duke shkuar në Itali për t'u bashkuar me familjen. Më vonë ai përfundoi arsimin e tij në Cyrih, duke marrë një diplomë nga Politekniku prestigjioz në vitin 1900 ( E idgenössische T echnische H ochschule - Shkolla e lartë teknike). Tendenca e Ajnshtajnit për të debatuar dhe mospëlqyer eprorët e tij e pengoi atë të krijonte marrëdhënie me profesorët e ETH, kështu që asnjëri prej tyre nuk i ofroi atij pozicionin e asistentit, gjë që zakonisht fillonte karrierën e tij akademike. Vetëm dy vjet më vonë, i riu më në fund arriti të gjente një punë si nëpunës i ri në Zyrën Zvicerane të Patentave në Bernë. Pikërisht gjatë kësaj periudhe, në vitin 1905, ai shkroi tre punime që jo vetëm që e bënë Ajnshtajnin një nga shkencëtarët kryesorë në botë, por shënuan edhe fillimin e dy revolucioneve shkencore - revolucione që ndryshuan idetë tona për kohën, hapësirën dhe vetë realitetin.

Nga fundi i shekullit të 19-të, shkencëtarët besonin se ata i ishin afruar një përshkrimi gjithëpërfshirës të Universit. Sipas ideve të tyre, hapësira ishte e mbushur me një medium të vazhdueshëm - "eter". Rrezet e dritës dhe sinjalet e radios shiheshin si valë të eterit, ashtu si tingulli janë valët e densitetit të ajrit. Gjithçka që kërkohej për të përfunduar teorinë ishte matja me kujdes e vetive elastike të eterit. Me këtë qëllim në mendje, Laboratori Jefferson në Universitetin e Harvardit u ndërtua pa një gozhdë të vetme hekuri për të shmangur ndërhyrjet e mundshme në matjet më të mira magnetike. Megjithatë, projektuesit harruan se tulla e kuqe-kafe që u përdor në ndërtimin e laboratorit dhe në shumicën e ndërtesave të tjera në Harvard, përmban sasi të konsiderueshme hekuri. Ndërtesa është ende në përdorim sot, por Harvardi ende nuk e di se sa peshë mund të përballojnë dyshemetë e bibliotekës, të cilat nuk përmbajnë gozhda hekuri.

Nga fundi i shekullit, koncepti i një eteri gjithëpërfshirës filloi të haste vështirësi. Drita pritej të udhëtonte nëpër eter me një shpejtësi fikse, por nëse ju vetë po lëvizni nëpër eter në të njëjtin drejtim si drita, shpejtësia e dritës duhet të duket më e ngadaltë, dhe nëse lëvizni në drejtim të kundërt, shpejtësia e dritës do të duket të jetë më e shpejtë (Figura 1.1).

Oriz. 1.1 Teoria e eterit të palëvizshëm

Nëse drita do të ishte një valë në një substancë elastike të quajtur eter, shpejtësia e saj do të dukej më e shpejtë për dikë që lëviz në një anije kozmike drejt saj (a), dhe më e ngadaltë për dikë që lëviz në të njëjtin drejtim si drita (b).

Megjithatë, në një numër eksperimentesh këto ide nuk mund të konfirmoheshin. Më e sakta dhe më e sakta prej tyre u krye në 1887 nga Albert Michelson dhe Edward Morley në Case School of Applied Sciences, Cleveland, Ohio. Ata krahasuan shpejtësinë e dritës në dy rreze që udhëtojnë në kënde të drejta me njëra-tjetrën. Ndërsa Toka rrotullohet rreth boshtit të saj dhe rrotullohet rreth Diellit, shpejtësia dhe drejtimi i lëvizjes së pajisjes përmes eterit ndryshon (Fig. 1.2). Por Michelson dhe Morley nuk gjetën dallime ditore ose vjetore në shpejtësinë e dritës në dy rrezet. Doli që drita gjithmonë lëvizte në lidhje me ju me të njëjtën shpejtësi, pavarësisht sa shpejt dhe në çfarë drejtimi po lëviznit (Fig. 1.3).

E gjallë dhe intriguese. Hawking ka një dhunti të natyrshme për të mësuar dhe shpjeguar, dhe për të ilustruar me humor koncepte jashtëzakonisht komplekse me analogji nga jeta e përditshme.

New York Times

Ky libër lidh mrekullitë e fëmijërisë me intelektet gjeniale. Ne udhëtojmë nëpër universin e Hawking, të transportuar nga fuqia e mendjes së tij.

Sunday Times

E gjallë dhe e mprehtë... Lejon lexuesin e përgjithshëm të nxjerrë të vërteta të thella shkencore nga burimi origjinal.

New Yorker

Stephen Hawking është një mjeshtër i qartësisë... Është e vështirë të imagjinohet se dikush tjetër i gjallë sot ka paraqitur më qartë llogaritjet matematikore që trembin laikin.

Chicago Tribune

Ndoshta libri më i mirë i shkencës popullore Një përmbledhje mjeshtërore e asaj që fizikanët modernë dinë për astrofizikën. Faleminderit Dr. Hawking! duke menduar për universin dhe se si erdhi në këtë mënyrë.

Gazeta Wall Street

Në vitin 1988, libri rekord i Stephen Hawking, A Brief History of Time i prezantoi lexuesit në mbarë botën me idetë e këtij fizikani të shquar teorik. Dhe këtu është një ngjarje e re e rëndësishme: Hawking është kthyer! Vazhdimi i ilustruar në mënyrë të shkëlqyer, Bota me pak fjalë, zbulon zbulimet shkencore që janë bërë që nga botimi i librit të tij të parë, të vlerësuar gjerësisht.

Një nga shkencëtarët më të shkëlqyer të kohës sonë, i njohur jo vetëm për guximin e ideve të tij, por edhe për qartësinë dhe zgjuarsinë e shprehjes së tij, Hawking na çon në skajin e fundit të kërkimit, ku e vërteta duket më e çuditshme se fiksioni, për të shpjeguar në terma të thjeshtë parimet që qeverisin universin. Ashtu si shumë fizikanë teorikë, Hawking dëshiron të gjejë Graalin e Shenjtë të shkencës - Teorinë e Gjithçkaje, e cila qëndron në themelin e kozmosit. Na lejon të prekim sekretet e universit: nga supergraviteti te supersimetria, nga teoria kuantike te teoria M, nga holografia te dualitetet. Ne shkojmë në një aventurë emocionuese me të ndërsa ai flet për përpjekjet e tij për të ndërtuar mbi teorinë e përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit dhe idenë e Richard Feynman për historitë e shumëfishta në një teori të plotë të unifikuar që do të përshkruante gjithçka që ndodh në Univers.

Ne e shoqërojmë atë në një udhëtim të jashtëzakonshëm nëpër hapësirë-kohë dhe ilustrimet e mrekullueshme me ngjyra shërbejnë si pikë referimi në këtë udhëtim nëpër një Tokë të Çudirave surreale, ku grimcat, membranat dhe vargjet lëvizin në njëmbëdhjetë dimensione, ku vrimat e zeza avullojnë, duke marrë sekretet e tyre me vete, dhe ku fara kozmike nga e cila u rrit Universi ynë ishte një arrë e vogël.

Stephen Hawking mban titullin Lucasian Professor of Mathematics në Universitetin e Kembrixhit, duke pasuar Isaac Newton dhe Paul Dirac. Ai konsiderohet si një nga fizikantët teorikë më të shquar që nga Ajnshtajni.

Bota me pak fjalë

Se Universi ka shumë histori,

secila prej të cilave

përcaktuar nga një arrë e vogël

Unë do ta konsideroja veten me pak fjalë

zot i hapësirës së madhe.

Në Shekspir. Hamleti. Akti 2, skena 2

Hamleti mund të kishte nënkuptuar që megjithëse ne njerëzit jemi shumë të kufizuar fizikisht, mendjet tona janë të lira në dëshirën e tyre për të kuptuar të gjithë botën dhe me guxim të shkojnë atje ku as heronjtë e Star Trek nuk guxuan të shkonin - ëndrrat më të tmerrshme lejohen.

A është Universi vërtet i pafund apo thjesht shumë i madh? A është e përjetshme apo thjesht ka një jetëgjatësi të gjatë? Si mund ta kuptojë mendja jonë e kufizuar Universin e pafund? A është shumë vetëbesim të tentosh një gjë të tillë? A nuk rrezikojmë të përsërisim fatin e Prometeut, i cili, sipas mitit klasik, vodhi zjarrin nga Zeusi dhe u mësoi njerëzve se si ta përdornin atë dhe si ndëshkim për guximin e pamatur u lidh me zinxhir në një shkëmb dhe u bë pre e një shqiponje? që fluturoi për të nxjerrë mëlçinë e tij?

Teleskopi Hapësinor Hubble.

Pavarësisht paralajmërimit të legjendës, unë besoj se ne mund dhe duhet të përpiqemi të kuptojmë Universin. Ne kemi bërë tashmë hapa të jashtëzakonshëm në kuptimin e hapësirës, ​​veçanërisht në vitet e fundit. Nuk e kemi ende pamjen e plotë, por mund të jetë afër.

Fakti më i dukshëm për hapësirën është se ajo vazhdon dhe vazhdon dhe vazhdon. Kjo konfirmohet nga instrumentet moderne si teleskopi Hubble, i cili na lejon të shikojmë në hapësirën e thellë. Aty shohim miliarda e miliarda galaktika të formave dhe madhësive të ndryshme (Fig. 3.1).

Kur shikojmë në thellësitë e Universit, ne shohim miliarda e miliarda galaktika. Galaktikat mund të kenë forma dhe madhësi të ndryshme; ato mund të jenë eliptike ose spirale, si Rruga jonë e Qumështit.

Planeti ynë Tokë (3) rrotullohet rreth Diellit në rajonin periferik të galaktikës spirale të Rrugës së Qumështit. Pluhuri ndëryjor në krahët spirale na pengon të vëzhgojmë në drejtim të planit galaktik, por ka një pamje të mirë në anët e tij.

Çdo galaktikë përmban miliarda yje të panumërta dhe shumë prej tyre kanë planetë. Ne jetojmë në një planet që rrotullohet rreth një ylli në krahun e jashtëm të galaktikës spirale të Rrugës së Qumështit. Pluhuri në krahët spirale na pengon të vëzhgojmë Universin afër rrafshit galaktik, por në drejtim të dy koneve në të dyja anët e këtij plani, dukshmëria është e shkëlqyer dhe ne mund të përcaktojmë pozicionet e galaktikave të largëta (Fig. 3.2) . Ne zbuluam se galaktikat shpërndahen përafërsisht në mënyrë uniforme në hapësirë, me grumbullime dhe zbrazëtira individuale lokale. Duket se dendësia e galaktikave në distanca shumë të mëdha zvogëlohet, por ka shumë të ngjarë, për shkak të distancës së tyre, drita e tyre bëhet aq e dobët sa ne thjesht nuk i regjistrojmë ato. Me sa mund të themi, Universi shtrihet në hapësirë ​​pafundësisht (Fig. 3.3).

Ne shohim se, me përjashtim të grupeve individuale lokale, galaktikat shpërndahen pothuajse në mënyrë uniforme në hapësirë.

Edhe pse Universi duket pothuajse i njëjtë kudo në hapësirë, ai patjetër ndryshon me kalimin e kohës. Deri në fillim të shekullit të njëzetë, kjo nuk u realizua - besohej se në thelb ishte e pandryshuar. Është dashur të ekzistojë për një kohë të pafund, por kjo çoi në përfundime absurde. Nëse yjet do të ndriçonin pafundësisht, ata do të duhej ta ngrohnin Universin në temperaturën e tyre. Edhe natën, i gjithë qielli do të shkëlqejë po aq sa Dielli, pasi në çdo drejtim vështrimi përfundimisht do të përfundonte ose me një yll ose një re pluhuri të ngrohur në të njëjtën temperaturë si yjet (Fig. 3.4).

Nëse Universi do të ishte statik dhe i pafund në të gjitha drejtimet, qielli i natës do të ishte i goditur nga yjet kudo dhe do të shkëlqente aq shumë sa sipërfaqja e Diellit.

Të gjithë e kemi vëzhguar qiellin e natës dhe e dimë se është errësirë, dhe kjo është shumë e rëndësishme. Nga kjo rrjedh se Universi nuk mund të mbetet përgjithmonë në të njëjtën gjendje siç është sot. Në të kaluarën, një kohë të caktuar më parë, duhet të ketë ndodhur diçka që ka bërë që yjet të ndriçojnë, që do të thotë se drita e yjeve shumë të largët nuk kishte arritur ende tek ne. Prandaj qielli natën nuk na verbon nga të gjitha anët.

Por nëse yjet ishin gjithmonë në vendet e tyre, pse ata papritmas u ndezën disa miliarda vjet më parë? Cili kohëmatës u tha atyre se ishte koha për të ndriçuar? Siç e dimë, shumë filozofë ishin në mëdyshje për këtë, të cilët, si Immanuel Kant, besonin se Universi ekziston përgjithmonë. Megjithatë, shumica e njerëzve ishin mjaft të kënaqur me idenë se Universi u krijua vetëm disa mijëra vjet më parë në përgjithësi siç është tani.

Mosmarrëveshjet me këtë ide filluan të shfaqen falë vëzhgimeve të Vesto Slifer dhe Edwin Hubble në dekadën e dytë të shekullit të njëzetë. Dhe në vitin 1923, Hubble zbuloi se pika të shumta mezi të dukshme në qiell, të quajtura mjegullnaja, janë në fakt galaktika të tjera, konglomerate të mëdha të të njëjtave yje si Dielli ynë, por të vendosura në distanca të mëdha. Që ato të duken kaq të vogla dhe të zbehta, distancat duhet të jenë aq të mëdha sa drita do të merrte miliona apo edhe miliarda vjet për të arritur tek ne. Kjo do të thotë se Universi nuk mund të ishte shfaqur vetëm disa mijëra vjet më parë.

Zbulimi i dytë i Hubble ishte edhe më i jashtëzakonshëm. Astronomët e dinë se duke analizuar dritën e galaktikave të tjera, ne mund të përcaktojmë nëse ato po lëvizin drejt nesh apo larg nesh (Figura 3.5). Për habinë e tyre të madhe, doli se pothuajse të gjitha galaktikat po largoheshin. Për më tepër, sa më larg të jenë galaktikat, aq më shpejt ato largohen. Ishte Hubble ai që kuptoi pasojat dramatike të këtij zbulimi: në shkallë të gjerë, çdo galaktikë largohet nga çdo galaktikë. Universi po zgjerohet

Galaktika jonë fqinje, Mjegullnaja Andromeda, parametrat e së cilës u matën nga Hubble dhe Slipher

Afati kohor i zbulimeve të bëra nga Slipher dhe Hubble midis 1910 dhe 1930.

1912 - Slifer mori spektrin e katër mjegullnajave dhe zbuloi një zhvendosje të kuqe në tre prej tyre dhe një zhvendosje blu në spektrin e mjegullnajës Andromeda. Ai arriti në përfundimin se mjegullnaja Andromeda po na afrohet, ndërsa mjegullnajat e tjera po largohen prej nesh.

1912–1914 - Slifer mati spektrin e 12 mjegullnajave të tjera. Të gjithë, përveç njërit, rezultuan të ishin me zhvendosje të kuqe.

1914 - Slifer prezantoi rezultatet e tij në Shoqërinë Astronomike Amerikane. Hubble ishte i pranishëm.

1918 - Hubble filloi të eksploronte mjegullnajat.

1923 - Hubble përcaktoi se mjegullnajat spirale (përfshirë mjegullnajën Andromeda) janë galaktika të tjera.

1914–1925 - Slifer dhe astronomë të tjerë vazhduan të masin zhvendosjet e Doppler-it. Deri në vitin 1925, ishin matur 43 ndërrime të kuqe dhe 2 zhvendosje blu.

1929 - Hubble dhe Milton Humason, pasi vazhduan të masin zhvendosjet e Doppler-it dhe zbuluan se në shkallë të gjerë secila galaktikë duket se po largohet nga të tjerat, njoftuan se Universi po zgjerohet.

Efekti Doppler

Ne vëzhgojmë efektin Doppler, i cili zbulon marrëdhënien midis gjatësisë së valës dhe shpejtësisë, pothuajse çdo ditë. Dëgjoni avionin që fluturon lart. Kur afrohet, motori tingëllon me zë të lartë dhe kur largohet, tingëllon i ulët.

Pika e lartë korrespondon me valët më të shkurtra të zërit (me një distancë të shkurtër nga një kreshtë valësh në tjetrën) dhe frekuenca më të larta (numri i valëve që vijnë në sekondë).

Efekti Doppler shkaktohet nga fakti se një avion që afrohet do të jetë më afër jush kur të krijojë kreshtën e valës tjetër, që do të thotë se distanca midis kreshtave do të reduktohet. Po kështu, ndërsa një avion largohet, gjatësitë e valëve rriten dhe lartësia e zërit të perceptuar zvogëlohet.

Zbulimi i zgjerimit të Universit ishte një nga revolucionet më të mëdha intelektuale të shekullit të 20-të. Doli të ishte krejtësisht e papritur dhe ndryshoi plotësisht rrjedhën e diskutimit për origjinën e Universit. Nëse galaktikat po fluturojnë larg, ato duhet të kenë qenë më afër njëra-tjetrës në të kaluarën. Bazuar në shkallën aktuale të zgjerimit, mund të konkludojmë se diku midis 10 dhe 15 miliardë vjet më parë ata ishin shumë afër njëri-tjetrit. Siç u përshkrua në kapitullin e mëparshëm, Roger Penrose dhe unë ishim në gjendje të tregonim se teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit nënkupton që universi dhe vetë koha duhet të kenë një fillim në formën e një shpërthimi madhështor. Kjo është arsyeja pse qielli i natës është i errët: asnjë yll i vetëm nuk mund të shkëlqejë për më shumë se dhjetë deri në pesëmbëdhjetë miliardë vjet - koha që ka kaluar që nga Big Bengu.

Efekti Doppler ndodh edhe për valët e dritës. Nëse një galaktikë qëndron në një distancë konstante nga Toka, linjat karakteristike në spektrin e saj do të shfaqen në pozicione standarde normale. Megjithatë, nëse largohet nga ne, valët do të duken më të gjata ose të shtrira, dhe linjat karakteristike spektrale do të zhvendosen në të kuqe (djathtas). Nëse galaktika po afrohet më pranë nesh, atëherë valët do të duken të ngjeshura dhe linjat do të përjetojnë një zhvendosje blu.

Edwin Hubble në teleskopin 100 inç në Observatorin Mount Wilson. 1930

Duke analizuar dritën e galaktikave të tjera, Edwin Hubble zbuloi në vitet 1920 se pothuajse të gjitha galaktikat po largohen nga ne me një shpejtësi V, e cila është proporcionale me distancën. R nga toka: V= N x R. Ky model i rëndësishëm, i quajtur ligji i Hubble, vërtetoi se Universi po zgjerohet dhe konstantja e Hubble N përcakton shkallën e zgjerimit të saj.

Oriz. H.6. Ligji i Hubble

Grafiku tregon të dhënat e fundit vëzhguese mbi zhvendosjet e kuqe të galaktikave, duke konfirmuar se ligji i Hubble vepron në distanca të mëdha nga ne. Një përkulje e lehtë lart në distanca më të mëdha sugjeron që zgjerimi po përshpejtohet, ndoshta nën ndikimin e energjisë së vakumit.

Jemi mësuar me faktin se disa ngjarje shkaktohen nga ngjarje të tjera, më të hershme, të cilat, nga ana tjetër, shkaktohen nga ato edhe më të hershme. Ekziston një zinxhir i shkakësisë që shtrihet në të kaluarën. Por le të supozojmë se ky zinxhir ka një fillim. Le të supozojmë se ndodhi ngjarja e parë. Çfarë e shkaktoi atë? Kjo nuk është një pyetje që shumica e shkencëtarëve duan të trajtojnë. Ata përpiqen ta shmangin atë, ose duke deklaruar, si rusët, se Universi nuk kishte fillim, ose duke pohuar se çështja e origjinës së tij qëndron jashtë sferës së shkencës dhe i përket metafizikës dhe fesë. Mendimi im është se një shkencëtar i vërtetë nuk duhet të pranojë asnjërën nga këto pozicione. Nëse ligjet e natyrës janë pezulluar në fillim të universit, pse nuk duhet të shkelen edhe në raste të tjera? Një ligj nuk është ligj nëse zbatohet vetëm ndonjëherë. Ne duhet të përpiqemi të shpjegojmë shkencërisht fillimin e universit. Kjo detyrë mund të mos jetë në dorën tonë, por të paktën duhet të përpiqemi.

Megjithëse teoremat Penrose dhe unë vërtetuam se universi duhet të ketë një fillim, ato nuk thonë pothuajse asgjë për natyrën e atij fillimi. Ata tregojnë se Universi filloi me Big Bengun, një gjendje në të cilën e gjithë dhe gjithçka në të ishte e ngjeshur në një pikë të vetme me densitet të pafund. Në këtë pikë, teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit bëhet e pazbatueshme dhe nuk mund të përdoret për të parashikuar saktësisht se si filloi universi. Ne jemi të detyruar të pranojmë se origjina e Universit me sa duket qëndron përtej kufijve të shkencës.

Big Bang i nxehtë

Nëse relativiteti i përgjithshëm është i saktë, universi filloi me temperaturë dhe densitet pafundësisht të lartë në singularitetin e Big Bengut. Ndërsa Universi zgjerohej, temperatura dhe intensiteti i rrezatimit u ulën. Rreth një e qindta e sekondës pas Big Bengut, temperatura ishte rreth 100 miliardë gradë, dhe Universi ishte i mbushur kryesisht me fotone, elektrone, neutrino (grimca shumë të lehta) dhe antigrimcat e tyre, si dhe disa protone dhe neutrone. Gjatë tre minutave të ardhshme, Universi u fto në rreth 1 miliard gradë, dhe protonet dhe neutronet filluan të formojnë helium, izotope hidrogjeni dhe elementë të tjerë të dritës.

Qindra mijëra vjet më vonë, ndërsa temperaturat ranë në disa mijëra gradë, elektronet u ngadalësuan deri në pikën që bërthamat e lehta mund t'i kapnin ato, duke formuar atome. Megjithatë, elementët më të rëndë që na përbëjnë, si karboni dhe oksigjeni, u formuan vetëm miliarda vjet më vonë nga djegia e heliumit në bërthamat e yjeve.

Kjo pamje e një Universi të dendur e të nxehtë u përshkrua për herë të parë nga fizikani George Gamow në vitin 1948 në një punim të shkruar me Ralph Alpher, i cili bëri parashikimin e mrekullueshëm se rrezatimi nga ajo epokë shumë e nxehtë duhet të jetë ende rreth nesh sot. Parashikimi i shkencëtarëve u konfirmua në vitin 1965, kur fizikanët Arno Penzias dhe Robert Wilson zbuluan rrezatimin e mikrovalëve të sfondit kozmik..

Por ky nuk është një përfundim që do t'i kënaqte shkencëtarët. Siç u përmend në kapitujt 1 dhe 2, arsyeja pse relativiteti i përgjithshëm nuk funksionon pranë Big Bengut është se ai nuk përfshin parimin e pasigurisë, i cili fut një element të rastësisë në teorinë kuantike dhe që Ajnshtajni tha se Zoti Zoti nuk luan zare. . Megjithatë, gjithçka tregon se Zoti Zot është një kumarxhi i padurueshëm. Ju mund ta imagjinoni Universin si një kazino të madhe, në të cilën hidhen zare ose rrotullohet një rrotë ruletë në çdo rast (Fig. 3.7).

Ju mund të mendoni se drejtimi i një kazinoje është një biznes shumë i pasigurt, sepse çdo rrotullim i zarit ose ruleti mbart rrezikun e humbjes së parave. Por me një numër të madh bastesh, fitimet dhe humbjet mesatarizohen dhe del një rezultat që mund të parashikohet (Fig. 3.8). Pronarët e kazinove organizojnë që devijimet të jenë mesatare në favor të tyre. Prandaj janë të pasur. Mundësia juaj e vetme për të fituar është të vini bast të gjitha paratë tuaja në një numër të vogël të hedhjes së zareve ose rrotullimeve të ruletit.

Nëse një lojtar vë baste në të kuqe shumë herë, atëherë fitorja ose humbja e tij mund të parashikohet me saktësi të lartë, pasi rezultatet e lojërave individuale janë mesatare. Nga ana tjetër, është e pamundur të parashikohet rezultati i ndonjë basti individual.

Është e njëjta gjë me Universin. Kur është aq i madh sa sot, ka një numër shumë të madh të hedhjes së zareve, rezultati është mesatar dhe mund të parashikohet. Kjo është arsyeja pse ligjet klasike funksionojnë për sisteme të mëdha. Por kur Universi është shumë i vogël, si afër Big Bengut, zari hidhet vetëm disa herë dhe parimi i pasigurisë bëhet shumë i rëndësishëm.

Për shkak se Universi hedh vazhdimisht zare për të kuptuar se çfarë do të ndodhë më pas, ai nuk ka një histori të vetme, siç mund të mendohet. Përkundrazi, Universi ka të gjitha historitë e mundshme, secila me një probabilitet të caktuar. Midis tyre duhet të jetë ai në të cilin skuadra e Belizes mori të gjitha medaljet e arta në Lojërat Olimpike, megjithëse mund të ketë një probabilitet të ulët. Ideja se universi ka histori të shumta mund të duket si fantashkencë, por sot ajo pranohet si fakt shkencor. Ai u formulua nga Richard Feynman, i cili ishte një fizikant i madh dhe një origjinal i madh.

Tani po punojmë për të kombinuar teorinë e përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit dhe idenë e Feynman-it për historitë e shumëfishta në një teori të plotë të unifikuar që përshkruan gjithçka që ndodh në Univers. Një teori e unifikuar do të na lejojë të llogarisim se si do të zhvillohet Universi nëse e dimë se si filloi historia e tij. Por vetë një teori e unifikuar nuk do të na lejojë të zbulojmë se ku filloi Universi, cila ishte gjendja e tij fillestare. Kjo kërkon të ashtuquajturat kushte kufitare, rregulla që na tregojnë se çfarë ndodh në skajet e Universit, në skajet e hapësirës dhe kohës.

Nëse skaji i universit do të ishte vetëm një pikë në hapësirë-kohë, ne mund t'i shtynim kufijtë.

Nëse skaji i Universit kalon nëpër një pikë të zakonshme në hapësirë ​​dhe kohë, ne mund të shkojmë më tej dhe të pretendojmë se kemi shkuar përtej Universit. Nga ana tjetër, nëse Universi përfundon në skaj, ku hapësira dhe koha janë të thërrmuara dhe dendësia është e pafundme, do të ishte shumë e vështirë të specifikoheshin kushte kufitare kuptimplote.

Megjithatë, kolegu im Jim Hartle dhe unë kuptuam se ekzistonte një opsion i tretë. Ndoshta Universi nuk ka kufij në hapësirë ​​dhe kohë. Në pamje të parë, kjo duket se bie ndesh me teoremën që Penrose dhe unë vërtetuam se Universi duhet të ketë një fillim, domethënë një kufi në kohë. Megjithatë, siç shpjegohet në kapitullin 2, ekziston një lloj tjetër kohe, i quajtur koha imagjinare, pingul me kohën reale të zakonshme që ne perceptojmë. Historia e Universit në kohë reale përcakton historinë e tij në kohën imagjinare dhe anasjelltas, por këto dy lloje të historisë mund të jenë shumë të ndryshme. Për shembull, në kohën imagjinare Universi mund të mos ketë fillim apo fund. Koha imagjinare sillet pothuajse si një drejtim shtesë në hapësirë. Në veçanti, historitë e ndryshme të Universit në kohën imagjinare mund të përfaqësohen nga sipërfaqe të lakuara, si një sferë, një plan ose një shalë, por në katër dimensione dhe jo në dy (Figura 3.9).

Oriz. 3.9 Historitë e universit

Nëse historia e Universit shkon në pafundësi, si në rastin e një shale, atëherë lind problemi i vendosjes së kushteve kufitare në pafundësi. Nëse të gjitha historitë e Universit në kohën imagjinare janë sipërfaqe të mbyllura, të ngjashme me sipërfaqen e Tokës, atëherë nuk ka nevojë fare të specifikohen kushtet kufitare.

Nëse, si një shalë apo një aeroplan, historitë e Universit shkojnë në pafundësi, atëherë lindin probleme me vendosjen e kushteve kufitare në pafundësi. Por nëse të gjitha historitë e Universit në kohën imagjinare janë sipërfaqe të mbyllura të ngjashme me sipërfaqen e Tokës, atëherë ne mund të shmangim plotësisht specifikimin e kushteve kufitare. Sipërfaqja e Tokës nuk ka kufij apo skaje. Nuk kishte raporte të besueshme se njerëzit humbën durimin.

Ligjet e evolucionit dhe kushtet fillestare

Ligjet e fizikës përcaktojnë se si gjendja fillestare ndryshon me kalimin e kohës. Për shembull, nëse hedhim një gur në ajër, ligji i gravitetit do të na lejojë të parashikojmë lëvizjen e tij të mëvonshme me saktësi të lartë. Por ne nuk mund të parashikojmë se ku do të bjerë një gur bazuar vetëm në ligje. Gjithashtu duhet të dimë shpejtësinë dhe drejtimin e lëvizjes së tij në momentin kur del nga dora. Me fjalë të tjera, ne duhet të dimë kushtet fillestare ose, siç thonë ata, edhe kushtet kufitare për lëvizjen e gurit.

Kozmologjia përpiqet të përshkruajë evolucionin e të gjithë Universit duke përdorur ligjet e fizikës. Prandaj ne duhet të pyesim se cilat ishin kushtet fillestare të Universit në të cilat ne duhet t'i zbatojmë këto ligje. Gjendja fillestare mund të ketë një ndikim shumë domethënës në vetitë themelore të Universit, ndoshta edhe në vetitë e grimcave elementare dhe ndërveprimet që janë vendimtare për zhvillimin e jetës biologjike.

Një nga supozimet është kushti pa kufi, që koha dhe hapësira janë të fundme dhe formojnë sipërfaqe të mbyllura që nuk kanë kufij. Supozimi pa kufi bazohet në idenë e Feynman-it për historitë e shumëfishta, por historia e grimcës në shumën e Feynman-it në këtë rast zëvendësohet me hapësirën totale, e cila përfaqëson historinë e të gjithë Universit. Kushti pa kufi është, për të qenë i saktë, një kufizim i historive të mundshme të universit në ato hapësirë-kohë që nuk kanë kufij në kohën imagjinare. Me fjalë të tjera, kushtet kufitare për Universin janë që ai të mos ketë kushte kufitare.

Kozmologët aktualisht po studiojnë nëse një konfigurim fillestar që plotëson supozimin pa kufi, ndoshta së bashku me parimin e dobët antropik, mund të çojë në zhvillimin e një Universi të ngjashëm me atë që vëzhgojmë.

Nëse historitë kohore imagjinare të universit janë me të vërtetë sipërfaqe të mbyllura, siç kemi sugjeruar unë dhe Hartle, kjo duhet të ketë pasoja të rëndësishme për filozofinë dhe për tablonë e origjinës sonë. Universi në këtë rast është plotësisht i mbyllur dhe i vetë-mjaftueshëm; asgjë jashtë saj nuk kërkohet për të ndezur orën dhe për ta mbajtur atë të funksionojë. Çdo gjë në botë duhet të përcaktohet nga ligjet e natyrës dhe të vihet në lëvizje duke hedhur zare brenda Universit. Edhe pse kjo mund të tingëllojë si spekulim, unë e besoj atë, si dhe shumë shkencëtarë të tjerë.

Sipërfaqja e Tokës nuk ka kufij apo skaje. Thashethemet për njerëzit që bien në skajet e Tokës janë disi të ekzagjeruara.

Edhe nëse kushti kufitar për Universin është mungesa e kushteve kufitare, ai përsëri do të ketë më shumë se një histori. Sipas Feynman, ajo ka shumë histori. Çdo sipërfaqe e mundshme e mbyllur duhet të ketë historinë e saj në kohë imagjinare dhe secila prej tyre përcakton një histori në kohë reale.

Si rezultat, ne marrim një super-diversitet të mundësive për Universin Çfarë e bën Universin specifik në të cilin jetojmë të dallohet nga grupi i të gjithë Universeve të mundshëm? Nga njëra anë, mund të vërehet se shumë histori të mundshme të Universit nuk çojnë në formimin vijues të galaktikave dhe yjeve, gjë që është thelbësore për lindjen tonë. Ndërsa është e mundur që qeniet inteligjente të mund të evoluojnë pa galaktika dhe yje, kjo duket e pamundur. Kjo është arsyeja pse fakti që ne vetë ekzistojmë, të aftë për të bërë pyetjen "Pse është Universi ashtu siç është?", vendos kufizime në historinë e botës në të cilën jetojmë. Ky fakt tregon se një nga një nëngrup i vogël historish në të cilat ka galaktika dhe yje duhet të realizohet. Ky është një ilustrim i të ashtuquajturit parim antropik. Ai thotë se Universi duhet të jetë pak a shumë i ngjashëm me atë që ne vëzhgojmë, sepse nëse do të ishte ndryshe, nuk do të kishte kush ta vëzhgonte (Figura 3.10).

Majtas: universi(ët) që shemben, mbyllen. E djathta: universet e hapura (b) që vazhdojnë të zgjerohen përgjithmonë.

Universet kufitare që kalojnë mes kolapsit në vetvete dhe zgjerimit të mëtejshëm (c1), ose me inflacion të dyfishtë (c2) mund të strehojnë jetë inteligjente. Universi ynë (d) vazhdon të zgjerohet.

Parimi antropik

Përafërsisht, parimi antropik thotë se ne e shohim universin ashtu siç është pjesërisht sepse ekzistojmë. Kjo pikëpamje është diametralisht e kundërt me shpresën për të krijuar një teori të unifikuar të aftë për të bërë parashikime të paqarta bazuar në një grup ligjesh shteruese të fizikës dhe sipas të cilave bota jonë është ajo që është sepse nuk mund të jetë ndryshe. Ka shumë variacione të ndryshme të parimit antropik, duke filluar nga të dobëta në pikën e parëndësishme deri në aq të forta sa që bëhen absurde. Megjithëse shumica e shkencëtarëve hezitojnë të pranojnë vetëm parimin e fortë antropik, ka nga ata që janë të gatshëm të sfidojnë edhe arsyetimin e bazuar në atë të dobëtin.

Parimi i dobët antropik vjen për të shpjeguar se në cilën nga epokat ose pjesët e shumta të Universit mund të jetojmë. Për shembull, Big Bengu duhet të ketë ndodhur rreth 10 miliardë vjet më parë: Universi duhet të ketë qenë mjaft i vjetër sa që disa yje të kenë përfunduar tashmë evolucionin e tyre dhe të kenë prodhuar elementët që na përbëjnë, si oksigjeni dhe karboni, por në të njëjtën kohë mjaft të rinj saqë kishte ende yje, të aftë për të mbështetur ekzistencën e jetës me energjinë e tyre.

Sipas supozimit pa kufi, mund të përdoren rregullat e Feynman-it për të caktuar numra për çdo histori të universit për të përcaktuar se cilat veti ka më shumë gjasa të ketë. Në këtë kontekst, parimi antropik shfaqet si një kërkesë që tregimet të përmbajnë jetë inteligjente. Natyrisht, ne do të shqetësoheshim më pak për parimin antropik nëse do të mund të tregohej se, nga shumë konfigurime të ndryshme fillestare, Universi tenton të evoluojë në atë mënyrë që të prodhojë një botë të ngjashme me atë që vëzhgojmë. Kjo mund të nënkuptojë se gjendja fillestare e pjesës së botës në të cilën jetojmë nuk duhej domosdoshmërisht të zgjidhej me kujdes të veçantë.

Shumë shkencëtarë nuk e pëlqejnë parimin antropik sepse duket i paqartë dhe nuk ka shumë fuqi parashikuese. Megjithatë, parimit antropik mund t'i jepet një formulim i saktë dhe duket thelbësor në diskutimin e origjinës së Universit. Teoria M, e përmendur në Kapitullin 2, lejon një larmi të madhe historish të universit. Shumica e këtyre tregimeve nuk janë të përshtatshme për zhvillimin e jetës inteligjente: boshe, shumë të shkurtra, tepër të shtrembëruara ose të papërshtatshme në ndonjë mënyrë tjetër. Për më tepër, sipas idesë së Richard Feynman për shumësinë e historive, këto opsione të pabanuara mund të kenë një probabilitet shumë të lartë.

Tregimet e Feynman

Richard Feynman i lindur në Brooklyn, Nju Jork, në vitin 1918. Në vitin 1942 ai mori doktoraturën nën mbikëqyrjen e John Wheeler në Universitetin Princeton. Menjëherë pas kësaj ai u rekrutua për të marrë pjesë në Projektin Manhattan. Feynman u bë i famshëm për karakterin e tij të shqetësuar dhe shakatë praktike (në Los Alamos ai argëtohej duke hapur kasaforta që përmbanin informacion të klasifikuar), si dhe për të qenë një fizikant i shquar: ai u bë një zhvillues kryesor i teorisë së bombës atomike. Vetë thelbi i personalitetit të tij ishte një kuriozitet i pangopur për botën përreth tij. Ai jo vetëm që ushqeu suksesin e tij shkencor, por gjithashtu çoi në arritje të mahnitshme, si deshifrimi i hieroglifeve Maja.

Pas Luftës së Dytë Botërore, Feynman propozoi një pamje të re, shumë efektive të mekanikës kuantike, për të cilën ai mori çmimin Nobel në 1965. Ai vuri në dyshim idenë themelore klasike se çdo grimcë ka vetëm një histori. Në vend të kësaj, ai propozoi që grimcat të lëvizin nga një vend në tjetrin përgjatë të gjitha shtigjeve të mundshme në hapësirë-kohë. Feynman shoqëroi dy numra me secilën trajektore: një për madhësinë (amplitudën) e valës dhe tjetrin për fazën e saj (pozicioni në cikël - kreshtë ose lug). Probabiliteti që një grimcë të udhëtojë nga pika A në pikën B përcaktohet duke mbledhur valët e lidhura me secilën rrugë të mundshme nga A në B.

Në botën e përditshme, objektet lëvizin nga pika fillestare në pikën përfundimtare vetëm përgjatë një rruge. Megjithatë, kjo është në përputhje me idenë e Feynman-it për historitë e shumëfishta (përmbledhje mbi historitë), pasi për objektet e mëdha rregulli i tij për caktimin e numrave në secilën shteg siguron që, kur merren së bashku, kontributet e të gjitha shtigjeve, përveç njërës, të anulohen. Vetëm një nga një numër i pafund i shtigjeve ka rëndësi kur marrim parasysh lëvizjen e objekteve makroskopike, dhe kjo rrugë saktësisht korrespondon me atë që rrjedh nga ligjet klasike, Njutoniane të lëvizjes.

Në fakt, nuk ka rëndësi se sa histori mund të ketë në të cilat nuk ka qenie inteligjente. Ne jemi të interesuar vetëm për nëngrupin në të cilin zhvillohet jeta inteligjente. Nuk ka pse të jetë si njerëzit. Burrat e vegjël jeshilë janë gjithashtu të mirë. Ndoshta ato janë edhe më të përshtatshme. Raca njerëzore nuk ka shumë arritje inteligjente në emër të saj.

Si shembull i fuqisë së parimit antropik, merrni parasysh numrin e dimensioneve të hapësirës. Nga praktika dihet mirë se ne jetojmë në hapësirë ​​tredimensionale. Kjo do të thotë se pozicioni i një pike në hapësirë ​​mund të specifikohet me tre numra, si gjerësia, gjatësia dhe lartësia. Por pse hapësira është tredimensionale? Pse jo dy, jo katër, jo ndonjë numër tjetër dimensionesh, siç ndodh në fantashkencë? Në teorinë M, hapësira ka nëntë ose dhjetë dimensione, por gjashtë ose shtatë prej tyre mendohet se janë shembur në dimensione shumë të vogla dhe vetëm tre dimensione janë mjaft të mëdha për të qenë afërsisht të sheshta (Figura 3.11).

Pse të mos jetojmë në një skenar ku tetë dimensione janë shembur dhe vetëm dy janë të perceptueshme? Kafshët dydimensionale do ta kishin të vështirë të tretnin ushqimin. Nëse trakti i tyre tretës kalonte, do ta ndante kafshën në dysh dhe krijesa e gjorë do të ndahej. Pra, dy dimensione të sheshta nuk mjaftojnë për ndonjë jetë komplekse dhe inteligjente.

Nga ana tjetër, nëse do të kishte katër ose më shumë dimensione "të shpalosura", tërheqja gravitacionale midis dy trupave do të rritej më shpejt ndërsa afroheshin. Kjo do të thotë se nuk do të kishte orbita të qëndrueshme për planetët rreth yjeve. Planetët ose do të binin mbi yje (Fig. 3.12, lart) ose do të zhdukeshin në errësirën dhe të ftohtin e hapësirës përreth (Fig. 3.12, poshtë).

Në mënyrë të ngjashme, orbitat e elektroneve në atome do të ishin të paqëndrueshme dhe materia me të cilën jemi njohur nuk mund të ekzistonte. Pra, ndërsa koncepti i historive të shumta lejon ekzistencën e çdo numri dimensionesh të shpalosura, vetëm skenarët me tre dimensione të tilla mund të kenë qenie inteligjente. Vetëm në këto skenarë do të bëhet pyetja: "Pse hapësira ka tre dimensione?"

Historia më e thjeshtë e Universit në kohën imagjinare është një sferë e ngjashme me sipërfaqen e Tokës, por me dy dimensione shtesë (Fig. 3.13).

Historia më e thjeshtë pa kufij në kohën imagjinare është një sferë. Ajo përcakton historinë në kohë reale, e cila përjeton ekspansion inflacioniste.

Ai specifikon në kohë reale, e cila është subjekt i përvojës sonë, një histori në të cilën Universi është i njëjtë në të gjitha pikat e hapësirës dhe zgjerohet në kohë. Në këtë aspekt, është i ngjashëm me Universin në të cilin jetojmë. Megjithatë, shkalla e zgjerimit është shumë e lartë dhe vazhdon të rritet. Ky zgjerim i përshpejtuar quhet inflacion sepse i ngjan çmimeve që rriten me një ritëm gjithnjë e më të përshpejtuar.

Inflacioni i çmimeve zakonisht konsiderohet një gjë negative, por në rastin e universit, është shumë i dobishëm. Inflacioni i fortë rrafshon çdo grumbull materies që mund të jetë formuar në Universin e hershëm. Ndërsa Universi zgjerohet, ai merr hua energji nga fusha gravitacionale për të krijuar më shumë lëndë. Energjia pozitive e materies balancohet saktësisht nga energjia negative gravitacionale, kështu që bilanci total i energjisë është zero. Kur Universi dyfishon madhësinë e tij, energjia e materies dhe e gravitetit gjithashtu dyfishohet - por dyfishi i zeros është ende zero. Sikur të ishte kaq e thjeshtë bota bankare (Figura 3.14)!

Oriz. 3.14. Univers inflacioniste

Univers inflacioniste

Në modelin e Big Bang-ut të nxehtë, në fazat e hershme të Universit, nuk kishte kohë të mjaftueshme që energjia termike të kalonte nga një rajon i Universit në tjetrin. Megjithatë, vërejmë se temperatura e rrezatimit të sfondit të mikrovalës është e njëjtë në të gjitha drejtimet. Kjo do të thotë se në gjendjen fillestare Universi duhet të ketë pasur saktësisht të njëjtën temperaturë kudo.

Në përpjekjet për të gjetur një model ku shumë konfigurime të ndryshme fillestare mund të evoluojnë në diçka të ngjashme me Universin modern, është propozuar që Universi i hershëm kaloi një epokë të zgjerimit shumë të shpejtë. Ky zgjerim quhet inflacionar, që do të thotë se ndodh me një ritëm gjithnjë në rritje dhe jo me një ritëm më të ngadaltë, si zgjerimi që shihet sot. Ekzistenca e një faze të tillë inflacioni mund të shpjegojë pse Universi duket i njëjtë në të gjitha drejtimet, pasi në Universin e hershëm drita kishte kohë të udhëtonte nga një rajon i Universit në tjetrin.

Historia në kohë imagjinare për një Univers që vazhdon të zgjerohet përgjithmonë në një regjim inflacioni është një sferë e përsosur. Megjithatë, në vetë Universin tonë, zgjerimi inflacionist u ngadalësua pas një sekonde dhe galaktikat filluan të formohen. Në kohën imagjinare, kjo do të thotë se historia e Universit tonë është një sferë, pak e rrafshuar në polin jugor.

Në rastin kur historia e Universit në kohën imagjinare është një sferë ideale, në kohë reale ajo korrespondon me historinë e Universit, e cila përgjithmonë vazhdon të fryhet në një mënyrë inflacioniste. Ndërsa fryhet, materia nuk mund të kondensohet dhe të formojë galaktika, yje dhe jetë, për të mos përmendur zhvillimin e qenieve inteligjente si ne. Prandaj, megjithëse historitë ideale sferike të Universit në kohën imagjinare lejohen nga ideja e një shumëllojshmërie historish, ato nuk janë me interes të madh. Shumë më të përshtatshme për ne janë historitë në kohë imagjinare, të cilat janë rrafshuar pak në polin jugor të sferës (Fig. 3.15).

Në këtë rast, historia përkatëse në kohë reale do të zgjerohet në një mënyrë të përshpejtuar inflacioni vetëm në fillim. Dhe pastaj zgjerimi do të fillojë të ngadalësohet dhe galaktikat do të jenë në gjendje të formohen. Që të shfaqet një jetë inteligjente, shtrirja në polin jugor duhet të jetë shumë e dobët. Kjo do të thotë që Universi fillimisht do të zgjerohet në një madhësi monstruoze. Nivelet rekord të inflacionit monetar ndodhën në Gjermani midis dy luftërave botërore, kur çmimet u rritën miliarda herë, por shkalla e inflacionit që duhet të ketë përjetuar universi është të paktën një miliard miliardë miliardë herë më e madhe (Figura 3.16).

Inflacioni në Gjermani filloi pas përfundimit të Luftës së Parë Botërore dhe në shkurt të vitit 1920 niveli i çmimeve ishte rritur 5 herë në krahasim me vitin 1918. Pas korrikut 1922 filloi një fazë hiperinflacioni. I gjithë besimi te paraja u zhduk dhe brenda 15 muajve indeksi i çmimeve u rrit gjithnjë e më shpejt, duke tejkaluar aftësitë e shtypshkronjave, të cilat nuk mund të vazhdonin me shtypjen e parave me të njëjtin ritëm që zhvlerësohej. Në fund të vitit 1923, 300 fabrika letre funksiononin me kapacitet të plotë dhe 150 shtypshkronja kishin 2000 shtypshkronja që prodhonin kartëmonedha gjatë gjithë kohës.

Për shkak të parimit të pasigurisë, universi nuk duhet të ketë vetëm një histori që përmban jetë inteligjente. Përkundrazi, grupi i historive në kohën imagjinare formon një familje të tërë sferash paksa të deformuara, secila prej të cilave i përgjigjet një historie në kohë reale, me një fryrje të gjatë, por jo të pafundme, inflacioniste të Universit. Dikush mund të pyesë: cila nga këto histori të pranueshme është më e mundshme? Rezulton se nuk është krejtësisht e rrafshët, por është një sipërfaqe me ngritje dhe ngërçe të vogla (Fig. 3.17).

Oriz. 3.17 Tregime të mundshme dhe të pabesueshme

Histori të qetë si A ka shumë të ngjarë, por ekziston vetëm një numër i vogël.

Edhe pse duket ndonjë histori me formë paksa të çrregullt b ose c në vetvete është më pak e mundshme, numri i tyre është aq i madh sa, ka shumë të ngjarë, historia e Universit do të zbulojë devijime të vogla nga butësia.

Vërtetë, këto valëzime në historinë më të mundshme janë mezi të dukshme. Devijimet nga një sipërfaqe e sheshtë janë në rendin e një në njëqind mijë. Megjithatë, megjithëse janë jashtëzakonisht të vogla, ne mund t'i vëzhgojmë ato si variacione të vogla në rrezatimin e mikrovalës që vjen nga drejtime të ndryshme në hapësirë. Sateliti Cosmic Background Explorer (COBE), i lëshuar në 1989, hartoi qiellin në rrezen e mikrovalëve.

Një hartë e gjithë qiellit e marrë nga instrumenti NAME në satelitin COBE flet në favor të ekzistencës së palosjeve të kohës.

Ngjyra tregon ndryshime në temperaturë, me të gjithë diapazonin nga e kuqja në blu që korrespondon me një përhapje prej vetëm një të dhjetëmijëtën e një shkalle - këto dallime midis rajoneve të Universit të hershëm janë të mjaftueshme që graviteti i tepërt në rajonet më të dendura të ndalojë pafundësinë e tyre. zgjerimi dhe shkakton ngjeshje nën ndikimin e vetë-gravitetit, duke çuar në formimin e galaktikave dhe yjeve. Pra, harta COBE, në parim, nuk është asgjë më shumë apo më pak se një plan i të gjitha strukturave në Univers.

Si do të duket e ardhmja për historitë më të mundshme të Universit që janë në përputhje me shfaqjen e qenieve inteligjente? Këtu ka opsione të ndryshme në varësi të sasisë së materies në Univers. Nëse është më e madhe se një vlerë e caktuar kritike, tërheqja gravitacionale midis galaktikave do të ngadalësohet dhe përfundimisht do të ndalojë zgjerimin e tyre. Pastaj ata do të fillojnë të bien drejt njëri-tjetrit dhe do të konvergojnë në Big Crunch, i cili do të jetë fundi i historisë së Universit në kohë reale (Fig. 3.18).

Një skenar i mundshëm për fundin e Universit është Big Crunch, një kataklizëm gjigant kur e gjithë lënda thithet në një pus gravitacional.

Nëse dendësia e Universit është nën një vlerë kritike, graviteti është shumë i dobët për të parandaluar që galaktikat të shpërndahen përgjithmonë. Të gjithë yjet do të digjen, dhe Universi do të bëhet gjithnjë e më i zbrazët dhe i ftohtë. Kështu që edhe këtu çdo gjë do të marrë fund, edhe pse jo aq dramatike. Në çdo rast, Universi do të ekzistojë edhe për shumë miliarda vite të tjera (Fig. 3.19).

Një ulërimë e gjatë dhe e ftohtë në të cilën gjithçka ngrin dhe yjet e fundit fiken, duke shteruar rezervat e tyre të karburantit.

Së bashku me materien, Universi mund të përmbajë të ashtuquajturën energji vakum, e cila është e pranishme edhe në hapësirën në dukje boshe. Sipas ekuacionit të famshëm të Ajnshtajnit E = mc 2 Energjia e vakumit ka masë. Kjo do të thotë se ka një ndikim gravitacional në zgjerimin e Universit. Megjithatë, është mjaft e jashtëzakonshme që efekti i energjisë së vakumit është i kundërt me atë të lëndës së zakonshme. Substanca ngadalëson zgjerimin dhe përfundimisht mund ta ndalojë dhe ta ndryshojë atë. Energjia e vakumit, përkundrazi, përshpejton zgjerimin, si me inflacionin. Në fakt, ajo vepron saktësisht si konstanta kozmologjike, të cilën, siç u diskutua në Kapitullin 1, Ajnshtajni ia shtoi ekuacioneve të tij origjinale në vitin 1917 kur kuptoi se ato nuk pranonin një zgjidhje që korrespondonte me një univers të palëvizshëm. Pas zbulimit të zgjerimit të Universit nga Hubble, baza për shtimin e një konstante kozmologjike në ekuacionet u zhduk dhe Ajnshtajni e hodhi poshtë atë si një gabim.

Megjithatë, mund të mos ketë qenë fare një gabim. Siç u diskutua në Kapitullin 2, ne tani kuptojmë se teoria kuantike tregon se hapësirë-koha është e mbushur me luhatje kuantike. Në teorinë supersimetrike, energjitë e pafundme pozitive dhe negative të këtyre luhatjeve të gjendjes bazë neutralizohen reciprokisht nga grimcat me rrotullime të ndryshme. Por ne nuk mund të presim që energjitë pozitive dhe negative të anulojnë njëra-tjetrën aq saktë sa të mos mbetet as një sasi e vogël e kufizuar e energjisë vakum, pasi Universi nuk është në një gjendje supersimetrike. E vetmja surprizë është se kjo energji është aq afër zeros sa nuk është zbuluar më parë. Ndoshta ky është një tjetër manifestim i parimit antropik. Një histori me energji më të madhe vakumi nuk do të kishte rezultuar në formimin e galaktikave dhe nuk do të kishte pasur qenie që bënin pyetjen "Pse energjia e vakumit ka vlerën që ne vëzhgojmë?"

Sasia e materies dhe energjisë së vakumit në univers mund të përcaktohet me metoda të ndryshme vëzhgimi, dhe rezultatet mund të paraqiten në një diagram, ku dendësia e materies vizatohet përgjatë boshtit horizontal dhe energjia e vakumit vizatohet përgjatë boshtit vertikal. . Vija me pika tregon kufijtë e rajonit në të cilin jeta inteligjente është në gjendje të zhvillohet (Fig. 3.20).

Duke kombinuar vëzhgimet e supernovave të largëta dhe rrezatimin kozmik të mikrovalës me të dhënat mbi shpërndarjen e materies në Univers, është e mundur të përcaktohet me saktësi shumë të lartë energjia e vakumit dhe dendësia e materies në Univers.

Edhe me pak fjalë, do ta konsideroja veten sundues të hapësirës së madhe.

W. Shekspiri. Hamleti. Akti 2, Siena 2

Vëzhgimet e supernovave, grupimeve të galaktikave dhe sfondit të mikrovalës përcaktojnë gjithashtu zonat e tyre në këtë diagram. Për fat të mirë, të tre zonat kanë një mbivendosje të përbashkët. Nëse dendësia e lëndës dhe energjia e vakumit bien në këtë kryqëzim, kjo do të thotë se zgjerimi i Universit ka filluar të përshpejtohet përsëri pas një periudhe të gjatë ngadalësimi. Duket sikur inflacioni mund të jetë një ligj i natyrës.

Në këtë kapitull treguam se si mund të shpjegohet sjellja hapësinore e Universit në terma të historisë së tij në kohën imagjinare, e cila është një sferë e vogël, pak e rrafshuar. Diçka si guaska e Hamletit, vetëm gjithçka që ndodh në kohë reale është e koduar në këtë arrë. Pra Hamleti kishte absolutisht të drejtë. Ne mund të mbyllemi me pak fjalë dhe ende e konsiderojmë veten mbretër të kozmosit të pafund.

Nga libri The Conjuring of Faun autor Tomilin Anatoly Nikolaevich

Nga libri Living Crystal autor Geguzin Yakov Evseevich

Kapitulli 3 Zbulimi i Madh Që nga momenti kur Oersted zbuloi ndikimin e rrymës elektrike në gjilpërën magnetike, studiuesit filluan të përhumbeshin nga mendimi: "A është e mundur të zgjidhet problemi i anasjelltë: shndërrimi i magnetizmit në energji elektrike?" Në Francë ata ishin në mëdyshje për këtë problem

Nga libri Princi nga vendi i reve autor Galfar Christophe

Kapitulli 4 "Drita ruse" "Përdorimi i energjisë elektrike në Rusi është zhvilluar ndjeshëm vitet e fundit, por industria elektrike në Rusi ka qenë në fillimet e saj deri vonë." Këto janë rreshta nga një libër i trashë nga profesor Arthur Wilke

Nga libri Bota me pak fjalë [ill. libër-revistë] autor Hawking Stephen William

Kapitulli 1 Mbi qasjet ndaj GOELRO Ndërmarrjet e Siemens dhe Halske, të cilat u diskutuan në librin e profesorit të nderuar Arthur Wilke, u shpërndanë nëpër qytete të ndryshme. Por uzina më e madhe e Inxhinierisë Elektrike në Rusi (deri në 150 punonjës) ishte vendosur në ishullin Vasilyevsky në

Nga libri i autorit

Kapitulli 2 Koha për arritje Sot flitet shumë për marrjen e energjisë me ndihmën e diellit, erës, valëve të detit, për nxjerrjen e energjisë nga thellësitë duke përdorur nxehtësinë e brendshme të Tokës, për zbutjen e baticave të detit dhe për fuqinë lëvizëse. bimët përtej atmosferës. Por tani për tani...

Nga libri i autorit

Kapitulli 18 Motoçikleta ajrore notonte shumë poshtë, dhjetë metra mbi re. Shumë më poshtë Tom dhe Tristam mund të dallonin brigjet e një ishulli vullkanik "Mos qëlloni!" - përsëriti ushtaraku me mushama. - Dhe mbajini ata Ushtarët u derdhën në skelë dhe filluan të qëllojnë në pilivesa

Nga libri i autorit

Kapitulli 1 Tristami dhe Tom fluturuan shumë lart, shumë më lart sesa ngrihen retë natyrore. Kishte kaluar më shumë se një orë që kur ata lanë pas velin e akullt nga i cili ranë trupat e tiranit mbi Myrtilville. Qielli këtu ishte ndryshe nga ai mbi qytetin e tyre.

Nga libri i autorit

Kapitulli 7 Kaluan disa orë. Tristam dhe Tom ishin shtrirë mbi dy kokat e forta në një qeli të errët, pa dritare, duke u rrotulluar vazhdimisht nga njëra anë në tjetrën. Sapo melodia e fyellit pushoi, plaku ra menjëherë, duke mërmëritur diçka në mënyrë të padëgjueshme në gjumë. E kuptova Tristamin

Nga libri i autorit

Kapitulli 8 Tymi i trashë që derdhet nga oxhaqet i përzier me ajrin e freskët dhe të lagësht të agimit. Burrat e dëborës ishin vendosur në të gjitha kryqëzimet në qendër të Kryeqytetit të Bardhë. Ata dukeshin më pak si oficerë të zbatimit të ligjit dhe më shumë si trupa pushtuese

Nga libri i autorit

Kapitulli 9 Nata ra, jashtë dritareve pati heshtje të thellë. Tristamin e zuri gjumi. Pranë tij, me një libër të hapur në bark, Tom po flinte, i zhytur në ëndrrat e së ardhmes, i shtrirë në një dyshek, një nga policët gërhiste. I dyti ishte ulur në shkallë, e cila tani qëndronte afër

Nga libri i autorit

Kapitulli 10 Tristam e shikoi me kujdes hijen. Ajo po shkonte drejt e drejt patrullës ushtarake "Ai nuk do të kalojë atje!" - Tristami ishte i shqetësuar, por burri me çantën e shpinës ndoshta e dinte vetë: ai u ngjit në mur dhe, si një mace e zezë, u hodh nga çatia në çati.

Nga libri i autorit

Kapitulli 11 Të nesërmen në mëngjes, sapo djemtë u zgjuan, policia i zbriti në kalimin nëntokësor. Për fat të mirë, tuneli i ngushtë, përmes të cilit duhej të kalonim në një skedar të vetëm, ishte i pastër dhe i thatë "Sa më gjatë?" - pyeti Tristami kur kishin ecur rreth dhjetë metra - Shh! - pëshpëriti

Nga libri i autorit

Stephen Hawking Bota në një parathënie të shkurtër Nuk e prisja që libri im jo-fiction A Brief History of Time të ishte kaq i suksesshëm. Ai mbeti në listën e bestsellerëve të Sunday Times të Londrës për më shumë se katër vjet - më gjatë se çdo libër tjetër, i cili