ในปี 1988 หนังสือที่ทำลายสถิติของ Stephen Hawking เรื่อง A Brief History of Time ได้แนะนำแนวคิดของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่น่าทึ่งคนนี้ให้กับผู้อ่านทั่วโลก และนี่คือกิจกรรมสำคัญใหม่: Hawking กลับมาแล้ว! ภาคต่อที่มีภาพประกอบสวยงาม The World in a Nutshell เผยให้เห็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นนับตั้งแต่การตีพิมพ์หนังสือเล่มแรกของเขาที่ได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวาง

ฮอว์คิงเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่เก่งที่สุดในยุคของเรา ซึ่งไม่เพียงรู้จักความกล้าหาญในความคิดของเขาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความชัดเจนและความเฉลียวฉลาดในการแสดงออกของเขาด้วย Hawking พาเราไปสู่การวิจัยระดับแนวหน้า ที่ซึ่งความจริงดูเหมือนแปลกกว่านิยาย เพื่ออธิบาย ศัพท์ง่ายๆ ที่เป็นหลักการที่ควบคุมจักรวาล

เช่นเดียวกับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายคน ฮอว์คิงปรารถนาที่จะค้นพบจอกศักดิ์สิทธิ์แห่งวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นทฤษฎีของทุกสิ่ง ซึ่งอยู่ที่รากฐานของจักรวาล ช่วยให้เราสัมผัสความลับของจักรวาลได้ ตั้งแต่แรงโน้มถ่วงยิ่งยวดไปจนถึงสมมาตรยิ่งยวด จากทฤษฎีควอนตัมไปจนถึงทฤษฎี M จากโฮโลแกรมไปจนถึงความเป็นคู่ เราเริ่มต้นการผจญภัยอันน่าทึ่งร่วมกันในขณะที่เขาพูดถึงความพยายามของเขาในการสร้างสรรค์โดยอาศัยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์และแนวคิดของริชาร์ด ไฟน์แมนเกี่ยวกับประวัติศาสตร์มากมาย ซึ่งเป็นทฤษฎีที่เป็นเอกภาพที่สมบูรณ์ซึ่งจะอธิบายทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาล

เราร่วมเดินทางไปกับเขาในการเดินทางสุดพิเศษผ่านอวกาศ-เวลา และภาพประกอบสีอันงดงามเป็นจุดสังเกตในการเดินทางครั้งนี้ผ่านดินแดนมหัศจรรย์เหนือจริง ที่ซึ่งอนุภาค เยื่อหุ้มเซลล์ และเส้นเชือกเคลื่อนที่ในสิบเอ็ดมิติ ที่ซึ่งหลุมดำระเหยไป และนำความลับของพวกมันไปด้วย และ ที่ซึ่งเมล็ดจักรวาลซึ่งเป็นที่ที่เอกภพของเราเติบโตนั้นเป็นถั่วลูกเล็กๆ

สตีเฟน ฮอว์คิง
จักรวาลโดยสรุป
แปลจากภาษาอังกฤษโดย A. G. Sergeev
สิ่งพิมพ์นี้จัดทำขึ้นโดยได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิ Dynasty Foundation ของ Dmitry Zimin
SPb: โถ. TID โถ, 2550. - 218 น.

บทที่ 5 การปกป้องอดีต

เกี่ยวกับว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้หรือไม่และอารยธรรมที่พัฒนาแล้วอย่างมากเมื่อกลับไปสู่อดีตจะสามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือไม่

เนื่องจาก Stephen Hawking (ผู้แพ้การเดิมพันครั้งก่อนในประเด็นนี้ด้วยการทำให้ข้อเรียกร้องของเขากว้างเกินไป) ยังคงเชื่อมั่นอย่างแน่วแน่ว่าภาวะเอกฐานที่เปลือยเปล่านั้นถูกสาปและควรต้องห้ามตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิก และเพราะ John Preskill และ Kip Thorne (ผู้ชนะในครั้งก่อน เดิมพัน) - ยังคงเชื่อว่าเอกภาวะเปลือยเปล่าในฐานะวัตถุแรงโน้มถ่วงควอนตัมสามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่ถูกขอบฟ้าบดบังในจักรวาลที่สังเกตได้ ฮอว์คิงเสนอ และเพรสสกิล/ธอร์นยอมรับการเดิมพันต่อไปนี้:

เนื่องจากรูปแบบของสสารหรือสนามคลาสสิกใดๆ ที่ไม่สามารถกลายเป็นเอกพจน์ในกาลอวกาศแบนได้จะเป็นไปตามสมการคลาสสิกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ วิวัฒนาการเชิงพลวัตจากสภาวะเริ่มต้นใดๆ (นั่นคือ จากชุดข้อมูลเริ่มต้นเปิดใดๆ) จึงไม่สามารถสร้าง ภาวะเอกฐานเปลือยเปล่า (ศูนย์จีโอเดสิกที่ไม่สมบูรณ์จาก I + โดยมีจุดสิ้นสุดในอดีต)

ผู้แพ้ให้รางวัลแก่ผู้ชนะด้วยเสื้อผ้าเพื่อปกปิดความเปลือยเปล่าของเขา เสื้อผ้าจะต้องมีการปักข้อความที่เหมาะสม

เพื่อนและเพื่อนร่วมงานของฉัน Kip Thorne ซึ่งฉันได้เดิมพันด้วยหลายครั้ง (ยังคงใช้งานอยู่) ไม่ใช่หนึ่งในผู้ที่ปฏิบัติตามแนวทางฟิสิกส์ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเพียงเพราะคนอื่นทำ ดังนั้นเขาจึงกลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่จริงจังคนแรกที่กล้าพูดถึงการเดินทางข้ามเวลาว่าเป็นไปได้จริง

การพูดอย่างเปิดเผยเกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาถือเป็นเรื่องละเอียดอ่อนมาก คุณเสี่ยงที่จะถูกชักจูงให้หลงทางไม่ว่าจะด้วยการโทรเสียงดังเพื่อนำเงินงบประมาณไปลงทุนกับเรื่องไร้สาระบางอย่าง หรือโดยการเรียกร้องให้จัดประเภทงานวิจัยเพื่อจุดประสงค์ทางการทหาร จริงๆ แล้ว เราจะป้องกันตัวเองจากคนที่มีไทม์แมชชีนได้อย่างไร? ท้ายที่สุดเขาสามารถเปลี่ยนประวัติศาสตร์และครองโลกได้ มีพวกเราเพียงไม่กี่คนที่โง่เขลาพอที่จะตอบคำถามที่นักฟิสิกส์มองว่าไม่ถูกต้องทางการเมือง เราปกปิดข้อเท็จจริงนี้ด้วยคำศัพท์ทางเทคนิคที่เข้ารหัสการเดินทางข้ามเวลา

พื้นฐานของการอภิปรายสมัยใหม่เกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ดังที่เห็นในบทที่แล้ว สมการของไอน์สไตน์ทำให้อวกาศและเวลาเป็นแบบไดนามิกโดยอธิบายว่าสมการและพลังงานในจักรวาลบิดเบี้ยวและบิดเบี้ยวได้อย่างไร ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เวลาส่วนตัวของใครก็ตามที่วัดด้วยนาฬิกาข้อมือ จะเพิ่มขึ้นเสมอ เช่นเดียวกับในทฤษฎีของนิวตันหรือในกาลอวกาศแบนของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แต่บางทีกาลอวกาศอาจจะบิดเบี้ยวจนคุณสามารถบินไปบนยานอวกาศและกลับมาก่อนออกเดินทางได้ (รูปที่ 5.1)

ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้หากมีรูหนอน ซึ่งเป็นท่ออวกาศ-เวลาที่กล่าวถึงในบทที่ 4 ที่เชื่อมโยงส่วนต่างๆ ของมัน แนวคิดคือการส่งยานอวกาศเข้าไปในปากรูหนอนและโผล่ออกมาจากที่อื่นในสถานที่และเวลาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง (รูปที่ 5.2)

หากมีรูหนอนอยู่ จะสามารถแก้ปัญหาการจำกัดความเร็วในอวกาศได้ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ต้องใช้เวลาหลายหมื่นปีในการข้ามกาแล็กซี แต่ด้วยรูหนอน คุณสามารถบินไปยังอีกฟากหนึ่งของกาแล็กซีและกลับมาในช่วงอาหารค่ำได้ ในขณะเดียวกัน มันง่ายที่จะแสดงให้เห็นว่าหากมีรูหนอน พวกมันสามารถใช้เพื่อค้นหาตัวเองในอดีตได้

ดังนั้นจึงควรพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากคุณจัดการ เช่น ระเบิดจรวดบนแท่นยิงจรวด เพื่อป้องกันการบินของคุณเอง นี่เป็นรูปแบบหนึ่งของความขัดแย้งที่มีชื่อเสียง: จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณย้อนเวลากลับไปและฆ่าปู่ของคุณเองก่อนที่เขาจะตั้งท้องพ่อของคุณ (รูปที่ 5.3)

แน่นอนว่าความขัดแย้งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเราคิดว่า ครั้งหนึ่งในอดีต คุณสามารถทำทุกอย่างที่คุณต้องการได้ หนังสือเล่มนี้ไม่ใช่สถานที่สำหรับการอภิปรายเชิงปรัชญาเกี่ยวกับเจตจำนงเสรี แต่เราจะมุ่งเน้นไปที่กฎของฟิสิกส์ที่อนุญาตให้กาลอวกาศบิดเบี้ยวเพื่อให้วัตถุขนาดมหึมาเช่นยานอวกาศสามารถกลับไปสู่อดีตได้หรือไม่ ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์ ยานอวกาศจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสงในท้องถิ่นในอวกาศ-เวลาเสมอ และเป็นไปตามเส้นโลกที่เรียกว่าไทม์ไลน์ สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดคำถามใหม่ในแง่เทคนิค: จะมีเส้นโค้งเหมือนเวลาปิดในอวกาศ-เวลาหรือไม่ นั่นคือเส้นโค้งที่กลับมายังจุดเริ่มต้นครั้งแล้วครั้งเล่า? เราจะเรียกวิถีดังกล่าวว่า “ชั่วคราว” สไมล์ลูป”

คุณสามารถค้นหาคำตอบของคำถามได้ในสามระดับ ประการแรกคือระดับของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งบอกเป็นนัยว่าจักรวาลมีประวัติศาสตร์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนโดยไม่มีความไม่แน่นอน สำหรับทฤษฎีคลาสสิกนี้ เรามีภาพที่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ดังที่เราได้เห็นแล้วว่าทฤษฎีดังกล่าวไม่สามารถแม่นยำได้อย่างแน่นอน เนื่องจากจากการสังเกต สสารมีความไม่แน่นอนและความผันผวนของควอนตัม

ดังนั้นเราจึงสามารถถามคำถามเกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาในระดับที่สองได้ - สำหรับกรณีของทฤษฎีกึ่งคลาสสิก ตอนนี้เราพิจารณาพฤติกรรมของสสารตามทฤษฎีควอนตัมที่มีความไม่แน่นอนและความผันผวนของควอนตัม แต่เราถือว่ากาลอวกาศมีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนและเป็นคลาสสิก ภาพนี้ยังไม่สมบูรณ์เท่าไหร่ แต่อย่างน้อยก็ทำให้ทราบได้ว่าต้องทำอย่างไรต่อไป

สุดท้ายนี้ มีแนวทางจากมุมมองของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่สมบูรณ์ ไม่ว่าผลลัพธ์จะเป็นเช่นไรก็ตาม ในทฤษฎีนี้ ซึ่งไม่เพียงแต่สสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเวลาและพื้นที่ด้วย มีความไม่แน่นอนและผันผวนด้วยซ้ำ ยังไม่ชัดเจนด้วยซ้ำว่าจะตั้งคำถามถึงความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลาอย่างไร บางทีวิธีที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้คือขอให้ผู้คนในภูมิภาคที่กาลอวกาศเกือบจะคลาสสิกและปราศจากความไม่แน่นอนมาตีความการวัดของพวกเขา พวกเขาจะพบกับการเดินทางข้ามเวลาในภูมิภาคที่มีแรงโน้มถ่วงสูงและความผันผวนของควอนตัมมากหรือไม่?

เริ่มจากทฤษฎีคลาสสิกกันก่อน: อวกาศ-เวลาแบนของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (ไม่มีแรงโน้มถ่วง) ไม่อนุญาตให้เดินทางข้ามเวลา และเป็นไปไม่ได้ในอวกาศ-เวลาแบบโค้งที่ได้รับการศึกษาในตอนแรก ไอน์สไตน์ต้องตกตะลึงอย่างแท้จริงเมื่อในปี 1949 เคิร์ต โกเดล ซึ่งเป็นคนเดียวกับผู้พิสูจน์ทฤษฎีบทอันโด่งดังของโกเดล ค้นพบว่ากาลอวกาศในจักรวาลที่เต็มไปด้วยสสารที่หมุนรอบตัวล้วนแต่เป็นเพียงสิ่งชั่วคราวเท่านั้น ที่ห่วงที่แต่ละจุด (รูปที่ 5.4)

วิธีแก้ปัญหาของเกอเดลจำเป็นต้องมีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาซึ่งอาจไม่มีอยู่จริง แต่ต่อมากลับพบวิธีแก้ปัญหาที่คล้ายกันโดยไม่มีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา กรณีที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือเมื่อเส้นจักรวาลสองเส้นเคลื่อนที่ผ่านกันและกันด้วยความเร็วสูง

ไม่ควรสับสนระหว่างสตริงคอสมิกกับวัตถุพื้นฐานของทฤษฎีสตริง ซึ่งมันไม่เกี่ยวข้องกันโดยสิ้นเชิง วัตถุดังกล่าวมีส่วนขยาย แต่ในขณะเดียวกันก็มีส่วนตัดขวางเล็กๆ การดำรงอยู่ของพวกมันถูกทำนายไว้ในทฤษฎีบางทฤษฎีของอนุภาคมูลฐาน กาลอวกาศนอกสตริงจักรวาลเส้นเดียวจะแบนราบ อย่างไรก็ตาม กาล-อวกาศแบบเรียบนี้มีจุดตัดรูปลิ่ม ซึ่งส่วนบนอยู่บนเชือกเท่านั้น มันคล้ายกับกรวย: เอากระดาษวงกลมขนาดใหญ่แล้วตัดส่วนหนึ่งออกมาเหมือนพายชิ้นหนึ่งซึ่งส่วนบนสุดจะอยู่ตรงกลางวงกลม หลังจากถอดชิ้นส่วนที่ตัดออกแล้ว ให้ติดขอบของการตัดกับส่วนที่เหลือ - คุณจะได้กรวย มันแสดงให้เห็นกาลอวกาศซึ่งมีเส้นจักรวาลอยู่ (รูปที่ 5.5)

โปรดทราบว่าเนื่องจากพื้นผิวของกรวยยังคงเป็นกระดาษแบนแบบเดียวกับที่เราเริ่มต้นด้วย (ลบส่วนที่เอาออก) จึงยังถือว่าแบนได้ยกเว้นด้านบน ความโค้งที่จุดยอดสามารถเปิดเผยได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าวงกลมที่อธิบายไว้รอบๆ นั้นสั้นกว่าวงกลมที่มีระยะห่างเท่ากันจากศูนย์กลางบนกระดาษทรงกลมดั้งเดิม กล่าวอีกนัยหนึ่ง วงกลมรอบจุดยอดจะสั้นกว่าวงกลมที่มีรัศมีเดียวกันควรอยู่ในพื้นที่ราบเนื่องจากเซกเตอร์ขาดหายไป (รูปที่ 5.6)

ในทำนองเดียวกัน เซกเตอร์ที่ถูกลบออกจากกาลอวกาศแบนจะทำให้วงกลมรอบเส้นคอสมิกสั้นลง แต่ไม่ส่งผลต่อเวลาหรือระยะทางในนั้น ซึ่งหมายความว่ากาลอวกาศรอบสตริงจักรวาลแต่ละเส้นไม่มีเวลา ส x วนซ้ำ ดังนั้นการเดินทางสู่อดีตจึงเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม หากมีเส้นจักรวาลเส้นที่สองที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับเส้นแรก ทิศทางของเวลาจะเป็นการผสมผสานระหว่างเวลาและการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของเส้นแรก ซึ่งหมายความว่าเซกเตอร์ที่ถูกตัดด้วยสายที่สองจะลดทั้งระยะทางในอวกาศและช่วงเวลาสำหรับผู้สังเกตที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับสายแรก (รูปที่ 5.7) หากสายต่างๆ เคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กันด้วยความเร็วใกล้แสง ระยะเวลาที่สั้นลงในการเดินรอบสายทั้งสองอาจมีนัยสำคัญมากจนคุณต้องถอยกลับก่อนที่จะเริ่ม กล่าวอีกนัยหนึ่งมีอยู่ชั่วคราว ส e วนซ้ำซึ่งคุณสามารถเดินทางย้อนอดีตได้

สายจักรวาลประกอบด้วยสสารที่มีความหนาแน่นของพลังงานเป็นบวก ซึ่งสอดคล้องกับฟิสิกส์ที่รู้จักในปัจจุบัน แต่การบิดตัวของพื้นที่ซึ่งก่อให้เกิดความชั่วคราว ส e loops ทอดยาวไปจนถึงอนันต์ในอวกาศและไปสู่อดีตอันไม่มีที่สิ้นสุดของเวลา ดังนั้นโครงสร้างอวกาศ-เวลาดังกล่าวในขั้นต้นโดยการก่อสร้าง ทำให้มีความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลา ไม่มีเหตุผลที่จะเชื่อได้ว่าจักรวาลของเรานั้นได้รับการปรับแต่งตามรูปแบบที่ผิดเช่นนี้ เราไม่มีหลักฐานที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับการปรากฏตัวของแขกจากอนาคต (ฉันไม่นับทฤษฎีสมคบคิดที่ว่ายูเอฟโอมาจากอนาคตและรัฐบาลรู้เรื่องนี้แต่กำลังปิดบังความจริง พวกเขามักจะซ่อนสิ่งที่ไม่ได้ดีนัก) ดังนั้นฉันจะถือว่าชั่วคราวเท่านั้น ส x loops ไม่มีอยู่ในอดีตอันไกลโพ้นหรือแม่นยำกว่านั้นในอดีตเมื่อเทียบกับพื้นผิวบางส่วนในอวกาศ-เวลา ซึ่งฉันจะแสดงว่า ส- คำถาม: อารยธรรมที่พัฒนาแล้วสามารถสร้างไทม์แมชชีนได้หรือไม่? นั่นคือมันสามารถเปลี่ยนแปลงกาล-เวลาในอนาคตสัมพันธ์กับ ส(เหนือพื้นผิว สบนแผนภาพ) เพื่อให้ลูปปรากฏเฉพาะในพื้นที่ขนาดจำกัดเท่านั้น? ฉันพูดว่าพื้นที่อันจำกัด เพราะไม่ว่าอารยธรรมจะก้าวหน้าแค่ไหน ดูเหมือนว่าจะสามารถควบคุมได้เพียงบางส่วนที่จำกัดของจักรวาลเท่านั้น ในทางวิทยาศาสตร์ การกำหนดปัญหาอย่างถูกต้องมักหมายถึงการค้นหากุญแจสู่วิธีแก้ปัญหา และกรณีที่เรากำลังพิจารณาอยู่ก็เป็นตัวอย่างที่ดีของเรื่องนี้ สำหรับคำจำกัดความของเครื่องจักรเวลาอันจำกัด ผมจะหันไปดูผลงานเก่าๆ ของผม การเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้ในบางพื้นที่ของกาล-เวลาซึ่งมีอยู่ชั่วคราว ส e ลูปนั่นคือวิถีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงย่อยซึ่งยังสามารถกลับไปยังสถานที่และเวลาเดิมได้เนื่องจากความโค้งของกาล-อวกาศ เนื่องจากผมสันนิษฐานว่าในอดีตอันไกลโพ้นชั่วคราว ส x ไม่มีการวนซ้ำ จะต้องมีอยู่อย่างที่ฉันเรียกมันว่า "ขอบฟ้าการเดินทางข้ามเวลา" - ขอบเขตที่แยกพื้นที่ที่ประกอบด้วยเวลา ส e วนซ้ำจากบริเวณที่ไม่มีอยู่ (รูปที่ 5.8)

ขอบฟ้าของการเดินทางข้ามเวลาค่อนข้างคล้ายกับขอบฟ้าของหลุมดำ ในขณะที่รังสีแสงก่อตัวจากหลุมดำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ขอบฟ้าของการเดินทางข้ามเวลาถูกกำหนดโดยรังสีที่จวนจะพบกัน นอกจากนี้ ฉันจะพิจารณาเกณฑ์ของไทม์แมชชีนในการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่าขอบฟ้าที่สร้างขึ้นอย่างจำกัด ซึ่งเกิดจากรังสีแสงที่ปล่อยออกมาจากบริเวณที่มีขนาดจำกัด กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งเหล่านี้ไม่ควรมาจากอนันต์หรือเอกภาวะ แต่มาจากขอบเขตอันจำกัดซึ่งประกอบด้วยชั่วคราวเท่านั้น ที่วงรอบที่สอง พื้นที่ดังกล่าวที่เราถือว่าอารยธรรมที่ได้รับการพัฒนาอย่างสูงของเราจะสามารถสร้างได้

ด้วยการยอมรับเกณฑ์ไทม์แมชชีนนี้ จึงเป็นโอกาสอันดีที่จะใช้วิธีการที่โรเจอร์ เพนโรสและฉันได้พัฒนาขึ้นเพื่อศึกษาเอกภาวะและหลุมดำ แม้ว่าไม่ได้ใช้สมการของไอน์สไตน์ ฉันก็แสดงให้เห็นได้ว่า โดยทั่วไปแล้ว ขอบฟ้าที่สร้างขึ้นอย่างจำกัดจะมีรังสีแสงที่มาบรรจบกัน และกลับมายังจุดเดิมครั้งแล้วครั้งเล่า เมื่อวงกลมเป็นวงกลม แสงจะพบกับการเปลี่ยนแปลงสีน้ำเงินมากขึ้นเรื่อยๆ ในแต่ละครั้ง และภาพจะกลายเป็นสีน้ำเงินมากขึ้นเรื่อยๆ ก้อนคลื่นในลำแสงจะเริ่มเคลื่อนเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ และช่วงเวลาที่แสงสะท้อนกลับจะสั้นลงเรื่อยๆ ในความเป็นจริง อนุภาคของแสงจะมีประวัติที่จำกัดเมื่อพิจารณาในเวลาของมันเอง แม้ว่ามันจะโคจรเป็นวงกลมในบริเวณที่มีขอบเขตจำกัดและไม่กระทบกับจุดโค้งเอกพจน์ก็ตาม

ความจริงที่ว่าอนุภาคของแสงจะทำให้ประวัติศาสตร์ของมันหมดไปในเวลาอันจำกัดอาจดูเหมือนไม่สำคัญ แต่ฉันยังสามารถพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของเส้นโลก ความเร็วของการเคลื่อนที่ที่น้อยกว่าแสง และระยะเวลามีจำกัด สิ่งเหล่านี้อาจเป็นเรื่องราวของผู้สังเกตการณ์ที่ติดอยู่ในบริเวณจำกัดก่อนขอบฟ้าและเคลื่อนที่ไปรอบๆ เร็วขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งถึงความเร็วแสงในระยะเวลาอันจำกัด ดังนั้น หากเอเลี่ยนแสนสวยจากจานบินชวนคุณขึ้นไทม์แมชชีนของเธอ ก็ควรระวังด้วย คุณสามารถตกหลุมพรางของเรื่องราวที่ซ้ำซากโดยมีระยะเวลารวมจำกัด (รูปที่ 5.9)

ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสมการของไอน์สไตน์ แต่ขึ้นอยู่กับวิธีที่กาลอวกาศบิดเบี้ยวเพื่อสร้างเวลาเท่านั้น โอลูปในพื้นที่สุดท้าย แต่ถึงกระนั้น อารยธรรมที่พัฒนาแล้วอย่างสูงสามารถใช้วัสดุชนิดใดเพื่อสร้างไทม์แมชชีนในมิติอันจำกัดได้? มันจะมีความหนาแน่นของพลังงานเป็นบวกทุกที่ได้ไหม เช่นเดียวกับกรณีอวกาศ-เวลาของสตริงจักรวาลที่อธิบายไว้ข้างต้น สตริงจักรวาลไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของฉัน ส e ลูปปรากฏเฉพาะในภูมิภาคสุดท้ายเท่านั้น แต่ใครๆ ก็คิดว่านี่เป็นเพราะว่าสายอักขระมีความยาวไม่สิ้นสุดเท่านั้น บางคนอาจหวังที่จะสร้างเครื่องย้อนเวลาอันจำกัดโดยใช้เส้นจำกัดจักรวาลที่มีพลังงานบวกหนาแน่นตลอด ขออภัยที่ทำให้คนที่ต้องการย้อนเวลาเหมือน Kip ผิดหวัง แต่ก็ไม่สามารถทำได้ในขณะที่ยังคงรักษาความหนาแน่นของพลังงานเชิงบวกไว้ตลอด ฉันสามารถพิสูจน์ได้ว่าการสร้างไทม์แมชชีนขั้นสุดยอดนั้น คุณจะต้องใช้พลังงานด้านลบ

ตามทฤษฎีคลาสสิก ความหนาแน่นของพลังงานจะเป็นค่าบวกเสมอ ดังนั้นจึงไม่รวมการมีอยู่ของไทม์แมชชีนที่จำกัดในระดับนี้ แต่สถานการณ์เปลี่ยนไปในทฤษฎีกึ่งคลาสสิก โดยที่พฤติกรรมของสสารได้รับการพิจารณาตามทฤษฎีควอนตัม และกาล-อวกาศถือเป็นเรื่องที่มีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนและเป็นคลาสสิก ดังที่เราได้เห็นไปแล้ว หลักการความไม่แน่นอนในทฤษฎีควอนตัมหมายความว่าสนามแม่เหล็กมีความผันผวนขึ้นลงอยู่เสมอ แม้ในพื้นที่ที่ดูเหมือนว่างเปล่า และมีความหนาแน่นของพลังงานที่ไม่มีที่สิ้นสุด ท้ายที่สุดแล้ว การลบค่าอนันต์เท่านั้นที่เราจะได้ความหนาแน่นพลังงานอันจำกัดที่เราสังเกตเห็นในจักรวาล การลบนี้สามารถสร้างความหนาแน่นของพลังงานเชิงลบได้ อย่างน้อยก็ในระดับท้องถิ่น แม้แต่ในพื้นที่ราบ เรายังสามารถค้นหาสถานะควอนตัมซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานเป็นลบในพื้นที่ แม้ว่าพลังงานโดยรวมจะเป็นบวกก็ตาม ฉันสงสัยว่าค่าลบเหล่านี้ทำให้กาล-อวกาศโค้งงอจนเกิดไทม์แมชชีนอันจำกัดขึ้นมาจริงหรือ? ดูเหมือนว่าพวกเขาควรจะนำไปสู่สิ่งนี้ ดังที่ชัดเจนในบทที่ 4 ความผันผวนของควอนตัมหมายความว่าแม้แต่พื้นที่ที่ดูเหมือนจะว่างเปล่าก็ยังเต็มไปด้วยอนุภาคเสมือนคู่หนึ่งที่ปรากฏขึ้นพร้อมกัน บินออกจากกัน แล้วมาบรรจบกันอีกครั้งและทำลายล้างซึ่งกันและกัน (รูปที่ 5.10) องค์ประกอบหนึ่งของคู่เสมือนจะมีพลังงานเชิงบวก และอีกองค์ประกอบหนึ่งจะมีพลังงานเชิงลบ หากมีหลุมดำ อนุภาคที่มีพลังงานลบสามารถตกลงไปในหลุมนั้นได้ และอนุภาคที่มีพลังงานบวกสามารถบินออกไปสู่ระยะอนันต์ โดยจะปรากฏเป็นรังสีที่พาพลังงานบวกออกไปจากหลุมดำ และอนุภาคที่มีพลังงานลบซึ่งตกลงไปในหลุมดำจะทำให้มวลของมันลดลงและการระเหยช้าๆ พร้อมกับขนาดของขอบฟ้าที่ลดลง (รูปที่ 5.11)

สสารธรรมดาที่มีความหนาแน่นพลังงานบวกจะสร้างแรงโน้มถ่วงที่น่าสนใจและโค้งงอกาลอวกาศเพื่อให้รังสีหันเข้าหากัน เหมือนกับลูกบอลบนแผ่นยางในบทที่ 2 ที่หมุนลูกบอลเล็กๆ เข้าหาตัวมันเองเสมอและไม่เคยหายไปไหน

ตามมาว่าพื้นที่ขอบฟ้าของหลุมดำจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเท่านั้นและไม่เคยลดลงเลย เพื่อให้ขอบฟ้าของหลุมดำหดตัว ความหนาแน่นของพลังงานที่ขอบฟ้าต้องเป็นลบ และกาลอวกาศจะต้องทำให้รังสีแสงแตกต่างออกไป คืนหนึ่งฉันตระหนักเรื่องนี้ครั้งแรกขณะเข้านอน หลังจากที่ลูกสาวของฉันเกิดได้ไม่นาน ฉันจะไม่บอกว่านานแค่ไหนแล้ว แต่ตอนนี้ฉันมีหลานชายแล้ว

การระเหยของหลุมดำแสดงให้เห็นว่าในระดับควอนตัม ความหนาแน่นของพลังงานบางครั้งอาจเป็นลบและทำให้กาล-อวกาศโค้งงอไปในทิศทางที่จำเป็นต่อการสร้างไทม์แมชชีน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะจินตนาการถึงอารยธรรมที่อยู่ในขั้นตอนการพัฒนาที่สูงจนสามารถบรรลุความหนาแน่นพลังงานเชิงลบขนาดใหญ่เพียงพอที่จะได้รับไทม์แมชชีนที่เหมาะสำหรับวัตถุขนาดมหึมาเช่นยานอวกาศ อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างขอบฟ้าของหลุมดำซึ่งเกิดจากรังสีแสงที่เพิ่งเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆ กับขอบฟ้าในไทม์แมชชีนซึ่งมีรังสีปิดซึ่งเพิ่งเคลื่อนที่เป็นวงกลม อนุภาคเสมือนจริงที่เคลื่อนที่ซ้ำแล้วซ้ำเล่าไปตามเส้นทางปิดดังกล่าวจะนำพลังงานสถานะพื้นดินไปยังจุดเดียวกัน ดังนั้นเราจึงควรคาดหวังว่าบนขอบฟ้านั่นคือบนขอบของไทม์แมชชีน - พื้นที่ที่คุณสามารถเดินทางย้อนอดีตได้ - ความหนาแน่นของพลังงานจะไม่มีที่สิ้นสุด สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการคำนวณที่แน่นอนในกรณีพิเศษหลายกรณี ซึ่งง่ายพอที่จะให้วิธีแก้ปัญหาที่แน่นอนได้ ปรากฎว่าบุคคลหรือยานอวกาศที่พยายามข้ามขอบฟ้าและเข้าไปในไทม์แมชชีนจะถูกทำลายหมดด้วยม่านรังสี (รูปที่ 5.12) ดังนั้นอนาคตของการเดินทางข้ามเวลาจึงดูมืดมน (หรือเราควรบอกว่าสดใสจนไม่เห็น?)

ความหนาแน่นของพลังงานของสสารขึ้นอยู่กับสถานะที่สสารนั้นตั้งอยู่ ดังนั้น บางทีอารยธรรมที่ได้รับการพัฒนาอย่างสูงอาจจะสามารถทำให้ความหนาแน่นของพลังงานที่ขอบของไทม์แมชชีนมีขอบเขตจำกัดได้โดยการ "แช่แข็ง" หรือกำจัดอนุภาคเสมือนที่เคลื่อนที่ไปรอบ ๆ และ วนเป็นวงปิด อย่างไรก็ตาม ไม่มีความแน่นอนว่าไทม์แมชชีนดังกล่าวจะเสถียร การรบกวนเพียงเล็กน้อย เช่น มีคนข้ามขอบฟ้าเพื่อเข้าไปในไทม์แมชชีน อาจทำให้อนุภาคเสมือนเริ่มการไหลเวียนและทำให้เกิดฟ้าผ่าที่เผาไหม้ได้ นักฟิสิกส์ควรหารือเกี่ยวกับปัญหานี้อย่างอิสระ โดยไม่ต้องกลัวว่าจะถูกเยาะเย้ยดูถูก แม้ว่าปรากฎว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปไม่ได้ เราจะเข้าใจว่าทำไมมันถึงเป็นไปไม่ได้ และนี่เป็นสิ่งสำคัญ

เพื่อที่จะตอบคำถามภายใต้การสนทนาอย่างมั่นใจ เราต้องพิจารณาความผันผวนของควอนตัมไม่เพียงแต่ในสาขาวัสดุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกาล-อวกาศด้วย ซึ่งคาดว่าจะทำให้เกิดการเบลอในเส้นทางของรังสีแสงและในหลักการเรียงลำดับเวลาโดยทั่วไป ในความเป็นจริง เราสามารถนึกถึงการแผ่รังสีของหลุมดำว่าเป็นการรั่วไหลที่เกิดจากความผันผวนของควอนตัมในกาลอวกาศ ซึ่งบ่งชี้ว่าขอบฟ้าไม่ได้ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน เนื่องจากเรายังไม่มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมสำเร็จรูป จึงยากที่จะบอกว่าความผันผวนของกาลอวกาศควรเป็นอย่างไร ถึงกระนั้น เราก็หวังว่าจะได้เบาะแสบางอย่างจากบทสรุปเรื่องราวของไฟน์แมนที่อธิบายไว้ในบทที่ 3

แต่ละเรื่องราวจะเป็นกาล-อวกาศโค้งมนพร้อมช่องวัสดุอยู่ในนั้น เนื่องจากเราจะสรุปประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ไม่ใช่แค่ประวัติศาสตร์ที่เป็นไปตามสมการเท่านั้น ผลรวมยังต้องรวมกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวพอที่จะเดินทางสู่อดีตได้ (รูปที่ 5.13) คำถามก็เกิดขึ้น: เหตุใดการเดินทางเช่นนี้จึงไม่เกิดขึ้นทุกที่? คำตอบก็คือ การเดินทางข้ามเวลาเกิดขึ้นจริงในระดับจุลทรรศน์ แต่เราไม่ได้สังเกตเห็น หากเราใช้ความคิดในการรวมของไฟน์แมนเหนือประวัติศาสตร์กับอนุภาคเดี่ยว เราต้องรวมประวัติศาสตร์ที่มันเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงและย้อนเวลากลับไปด้วยซ้ำ โดยเฉพาะจะมีเรื่องราวที่อนุภาคเคลื่อนที่ไปมาในวงปิดในเวลาและสถานที่ เหมือนในหนังเรื่อง Groundhog Day ที่นักข่าวใช้ชีวิตวันเดิมๆ ซ้ำแล้วซ้ำเล่า (รูปที่ 5.14)

อนุภาคที่มีประวัติวงปิดดังกล่าวไม่สามารถสังเกตได้ที่เครื่องเร่งอนุภาค อย่างไรก็ตาม ผลข้างเคียงสามารถวัดได้โดยการสังเกตผลการทดลองหลายประการ ประการหนึ่งคือการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงปิด อีกประการหนึ่งคือแรงขนาดเล็กที่กระทำระหว่างแผ่นโลหะคู่ขนานและเกิดจากการที่วงปิดวางระหว่างแผ่นโลหะน้อยกว่าในบริเวณด้านนอกเล็กน้อย - นี่เป็นอีกวิธีหนึ่งที่เทียบเท่ากับเอฟเฟกต์เมียร์ ดังนั้นการมีอยู่ของเรื่องราวที่ปิดเป็นวงจึงได้รับการยืนยันโดยการทดลอง (รูปที่ 5.15)

เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าประวัติของอนุภาคที่วนซ้ำนั้นเกี่ยวข้องกับความโค้งของกาลอวกาศหรือไม่ เนื่องจากพวกมันปรากฏแม้กับพื้นหลังที่ไม่เปลี่ยนแปลงเช่นพื้นที่ราบ แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราได้ค้นพบว่าปรากฏการณ์ทางกายภาพมักมีคำอธิบายสองประการที่ถูกต้องเท่าเทียมกัน เป็นไปได้เท่าเทียมกันที่จะกล่าวได้ว่าอนุภาคเคลื่อนที่ในวงปิดโดยมีพื้นหลังคงที่ หรืออนุภาคเหล่านั้นยังคงไม่เคลื่อนที่ในขณะที่กาล-อวกาศผันผวนรอบตัวพวกมัน มันมาถึงคำถาม: คุณต้องการหาผลรวมของวิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคก่อนแล้วจึงหาผลรวมของกาลอวกาศโค้ง หรือกลับกัน?

ดังนั้น ทฤษฎีควอนตัมจึงดูเหมือนจะยอมให้เดินทางข้ามเวลาได้ในระดับจุลทรรศน์ แต่สำหรับวัตถุประสงค์แนวไซไฟ เช่น ย้อนเวลากลับไปและฆ่าปู่ของคุณ สิ่งนี้ไม่มีประโยชน์อะไร ดังนั้น คำถามจึงยังคงอยู่: เมื่อรวมเข้ากับประวัติศาสตร์แล้ว ความน่าจะเป็นจะไปถึงจุดสูงสุดในช่วงเวลาอวกาศด้วยการวนรอบเวลาขนาดมหภาคได้หรือไม่

คำถามนี้สามารถสำรวจได้โดยการพิจารณาผลรวมของประวัติของช่องวัสดุตามลำดับของกาลอวกาศพื้นหลังที่ใกล้เข้ามามากขึ้นจนปล่อยให้เวลาวนซ้ำ มันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะคาดหวังสิ่งนั้นในเวลาเพียงชั่วคราว กฉันวนซ้ำปรากฏขึ้นเป็นครั้งแรก มีบางสิ่งที่สำคัญกำลังจะเกิดขึ้น นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในตัวอย่างนี้ที่ฉันศึกษากับนักเรียน Michael Cassidy

กาลอวกาศเบื้องหลังที่เราศึกษามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสิ่งที่เรียกว่าจักรวาลของไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นกาลอวกาศที่ไอน์สไตน์เสนอเมื่อเขายังคงเชื่อว่าจักรวาลคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ไม่มีการขยายหรือหดตัว (ดูบทที่ 1) ในจักรวาลของไอน์สไตน์ เวลาเคลื่อนจากอดีตที่ไม่มีที่สิ้นสุดไปสู่อนาคตที่ไม่มีที่สิ้นสุด แต่มิติเชิงพื้นที่นั้นมีขอบเขตจำกัดและปิดตัวเอง เช่นเดียวกับพื้นผิวโลก แต่มีเพียงมิติเดียวเท่านั้น อวกาศ-เวลาดังกล่าวสามารถแสดงเป็นทรงกระบอกได้ แกนตามยาวซึ่งจะเป็นเวลา และหน้าตัดจะเป็นช่องว่างสามมิติ (รูปที่ 5.16)

เนื่องจากจักรวาลของไอน์สไตน์ไม่ขยายตัว จึงไม่สอดคล้องกับจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นกรอบการทำงานที่มีประโยชน์สำหรับการพูดคุยเรื่องการเดินทางข้ามเวลา เนื่องจากง่ายพอที่จะสรุปเรื่องราวต่างๆ ได้ เราลืมเรื่องการเดินทางข้ามเวลาไปสักพักแล้วพิจารณาสสารในจักรวาลของไอน์สไตน์ซึ่งหมุนรอบแกนใดแกนหนึ่ง หากคุณพบว่าตัวเองอยู่บนแกนนี้ คุณจะยังคงอยู่ที่จุดเดิมในอวกาศ ราวกับว่าคุณกำลังยืนอยู่ตรงกลางม้าหมุนของเด็ก แต่การวางตำแหน่งตัวเองให้ห่างจากแกน คุณจะเคลื่อนที่ไปในอวกาศรอบๆ แกนนั้น ยิ่งคุณอยู่ห่างจากแกนมากเท่าไร การเคลื่อนไหวก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น (รูปที่ 5.17) ดังนั้น หากจักรวาลไม่มีที่สิ้นสุดในอวกาศ จุดที่อยู่ห่างจากแกนมากพอจะหมุนด้วยความเร็วเหนือแสง แต่เนื่องจากจักรวาลของไอน์สไตน์มีขอบเขตจำกัดในมิติเชิงพื้นที่ จึงมีความเร็วการหมุนที่สำคัญซึ่งไม่มีส่วนใดของจักรวาลที่จะหมุนได้เร็วกว่าแสง

ตอนนี้ ให้พิจารณาผลรวมของประวัติของอนุภาคในจักรวาลที่หมุนรอบตัวเองของไอน์สไตน์ เมื่อการหมุนช้าลง อนุภาคสามารถเดินไปได้หลายเส้นทางเพื่อให้ได้พลังงานตามปริมาณที่กำหนด ดังนั้นผลรวมของประวัติทั้งหมดของอนุภาคเทียบกับพื้นหลังดังกล่าวจึงให้แอมพลิจูดที่มาก ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นของพื้นหลังดังกล่าวเมื่อรวมเข้ากับประวัติศาสตร์ทั้งหมดของกาล-อวกาศโค้งจะมีสูง กล่าวคือ มันเป็นหนึ่งในประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้มากกว่า อย่างไรก็ตาม เมื่อความเร็วการหมุนของเอกภพของไอน์สไตน์เข้าใกล้จุดวิกฤติ และความเร็วของการเคลื่อนที่ของบริเวณรอบนอกมีแนวโน้มที่จะเป็นความเร็วแสง เหลือเพียงเส้นทางเดียวเท่านั้นที่ได้รับอนุญาต และ m สำหรับอนุภาคคลาสสิกที่ขอบจักรวาล ซึ่งก็คือการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ซึ่งหมายความว่าผลรวมของประวัติของอนุภาคจะมีน้อย ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นของ spatiotemporal ดังกล่าว ส x พื้นหลังโดยรวมสำหรับประวัติทั้งหมดของกาลอวกาศโค้งจะต่ำ นั่นคือพวกเขาจะมีโอกาสน้อยที่สุด

แต่การเดินทางข้ามเวลาเกี่ยวข้องกับอะไร ส m loop มีจักรวาลที่หมุนรอบตัวของ Einstein เหรอ? คำตอบก็คือ พวกมันมีความเทียบเท่าทางคณิตศาสตร์กับพื้นหลังอื่นๆ ที่สามารถวนรอบเวลาได้ พื้นหลังอื่นๆ เหล่านี้เป็นจักรวาลที่ขยายออกไปในสองทิศทางเชิงพื้นที่ จักรวาลดังกล่าวไม่ได้ขยายตัวไปในทิศทางอวกาศที่สามซึ่งเป็นระยะๆ นั่นคือถ้าคุณเดินไปในทิศทางนี้เป็นระยะทางหนึ่ง คุณจะไปสิ้นสุดที่จุดเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อวงกลมแต่ละวงอยู่ในทิศทางนี้ ความเร็วของคุณในทิศทางที่หนึ่งและสองจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 5.18)

ถ้าอัตราเร่งน้อยก็ชั่วคราว ส x ลูปไม่มีอยู่ อย่างไรก็ตาม ลองพิจารณาลำดับพื้นหลังที่มี b ทั้งหมด โอเพิ่มความเร็วมากขึ้น ลูปเวลาปรากฏที่ค่าความเร่งวิกฤตที่แน่นอน จึงไม่น่าแปลกใจที่ความเร่งวิกฤตนี้สอดคล้องกับความเร็ววิกฤตในการหมุนรอบจักรวาลของไอน์สไตน์ เนื่องจากการคำนวณผลรวมของประวัติบนพื้นหลังทั้งสองนี้มีความเท่าเทียมกันทางคณิตศาสตร์ เราจึงสามารถสรุปได้ว่าความน่าจะเป็นของพื้นหลังดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เมื่อเราเข้าใกล้ความโค้งที่จำเป็นเพื่อให้ได้ลูปเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความน่าจะเป็นของการบิดเบี้ยวเพียงพอสำหรับไทม์แมชชีนคือศูนย์ สิ่งนี้เป็นการยืนยันสิ่งที่ฉันเรียกว่าสมมติฐานการป้องกันตามลำดับเวลา: กฎของฟิสิกส์ได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันไม่ให้วัตถุขนาดมหึมาเคลื่อนที่ไปตามกาลเวลา

แม้จะเป็นการชั่วคราวก็ตาม สเนื่องจากอนุญาตให้ใช้ลูปเมื่อรวมเข้ากับประวัติ ความน่าจะเป็นจึงต่ำมาก จากความสัมพันธ์แบบสองขั้วที่กล่าวมาข้างต้น ฉันประมาณความน่าจะเป็นที่คิป ธอร์นสามารถเดินทางย้อนเวลากลับไปและสังหารปู่ของเขาได้ ซึ่งมีค่าน้อยกว่าหนึ่งในสิบของพลังของล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้าน

มันเป็นเพียงความน่าจะเป็นที่ต่ำอย่างน่าประหลาดใจ แต่หากคุณดูรูปถ่ายของ Kip อย่างใกล้ชิด คุณจะสังเกตเห็นหมอกควันเล็กน้อยบริเวณขอบ มันสอดคล้องกับความน่าจะเป็นเพียงเล็กน้อยที่หายไปว่าคนโกงจากอนาคตจะย้อนเวลากลับไปและฆ่าปู่ของเขา ดังนั้นคิปจึงไม่อยู่ที่นี่จริงๆ

ด้วยความที่เป็นการพนันแบบเรา กีบกับผมอยากเดิมพันกับความผิดปกติแบบนี้ อย่างไรก็ตาม ปัญหาคือเราไม่สามารถทำเช่นนี้ได้เนื่องจากขณะนี้เรามีความคิดเห็นแบบเดียวกัน และฉันจะไม่เดิมพันกับใครอีก จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเขากลายเป็นเอเลี่ยนจากอนาคตที่รู้ว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้?

คุณรู้สึกว่าบทนี้เขียนขึ้นตามคำสั่งของรัฐบาลเพื่อซ่อนความเป็นจริงของการเดินทางข้ามเวลาหรือไม่? บางทีคุณอาจจะพูดถูก

เส้นโลกคือเส้นทางในอวกาศ-เวลาสี่มิติ เส้นโลกที่เหมือนกาลเวลาผสมผสานการเคลื่อนไหวในอวกาศเข้ากับการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติไปข้างหน้าตามเวลา เฉพาะตามแนวดังกล่าวเท่านั้นที่สามารถวัตถุวัตถุติดตามได้

จำกัด - มีมิติที่จำกัด

สตีเฟน ฮอว์คิง

โลกโดยสรุป

คำนำ

ฉันไม่ได้คาดหวังว่าหนังสือสารคดีของฉัน A Brief History of Time จะประสบความสำเร็จขนาดนี้ หนังสือยังคงอยู่ในรายชื่อหนังสือขายดีของ London Sunday Times มานานกว่าสี่ปี ซึ่งนานกว่าหนังสือเล่มอื่นๆ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเป็นพิเศษสำหรับการตีพิมพ์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ เนื่องจากโดยปกติแล้วหนังสือเหล่านี้จะขายออกเร็วมาก จากนั้นผู้คนก็เริ่มถามว่าเมื่อไหร่จะมีภาคต่อ ฉันไม่เต็มใจ ไม่อยากเขียนอะไรประมาณว่า "เรื่องสั้นต่อเนื่อง" หรือ "ประวัติศาสตร์ของเวลาอีกสักหน่อย" ฉันยังยุ่งอยู่กับการค้นคว้า แต่ก็เริ่มชัดเจนว่าสามารถเขียนหนังสือเล่มอื่นได้ซึ่งมีโอกาสที่จะเข้าใจได้ง่ายขึ้น “ประวัติศาสตร์โดยย่อของเวลา” มีโครงสร้างตามรูปแบบเชิงเส้น ในกรณีส่วนใหญ่ แต่ละบทที่ตามมาจะเชื่อมโยงอย่างมีเหตุผลกับบทก่อนหน้า ผู้อ่านบางคนชอบเรื่องนี้ แต่บางคนก็ติดอยู่กับบทแรกๆ และไม่เคยเข้าถึงหัวข้อที่น่าสนใจไปกว่านี้เลย หนังสือเล่มนี้มีโครงสร้างแตกต่างออกไป - มีลักษณะเหมือนต้นไม้มากกว่า: บทที่ 1 และ 2 ก่อตัวเป็นลำต้นซึ่งกิ่งก้านของบทที่เหลือแผ่ขยายออกไป

"กิ่งก้าน" เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นอิสระจากกันและเมื่อได้รับแนวคิดเกี่ยวกับ "ลำต้น" ผู้อ่านสามารถทำความคุ้นเคยกับกิ่งก้านเหล่านี้ในลำดับใดก็ได้ เกี่ยวข้องกับประเด็นที่ฉันทำงานหรือคิดมาตั้งแต่ตีพิมพ์ A Brief History of Time นั่นคือสะท้อนให้เห็นถึงพื้นที่การวิจัยสมัยใหม่ที่มีการพัฒนาอย่างแข็งขันที่สุด ภายในแต่ละบท ฉันได้พยายามที่จะย้ายออกจากโครงสร้างเชิงเส้นด้วย ภาพประกอบและคำบรรยายนำผู้อ่านไปสู่เส้นทางอื่น ดังเช่นใน An Illustrated Brief History of Time ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1996 แถบด้านข้างและหมายเหตุริมขอบทำให้บางหัวข้อสามารถกล่าวถึงได้ลึกกว่าที่เป็นไปได้ในข้อความหลัก

ในปี 1988 เมื่อมีการตีพิมพ์ A Brief History of Time เป็นครั้งแรก ความรู้สึกก็คือทฤษฎีสุดท้ายของทุกสิ่งนั้นแทบจะไม่ปรากฏให้เห็นบนขอบฟ้าเลย สถานการณ์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรตั้งแต่นั้นมา? เราเข้าใกล้เป้าหมายของเรามากขึ้นหรือยัง? ดังที่คุณจะได้เรียนรู้ในหนังสือเล่มนี้ ความก้าวหน้าเป็นอย่างมาก แต่การเดินทางยังคงดำเนินต่อไป และไม่มีที่สิ้นสุด อย่างที่พวกเขาพูดกันว่าการเดินทางต่อไปด้วยความหวังดีกว่าการไปถึงเป้าหมาย การค้นหาและการค้นพบของเราจุดประกายความคิดสร้างสรรค์ในทุกด้าน ไม่ใช่แค่วิทยาศาสตร์ ถ้าเราไปถึงสุดถนน จิตวิญญาณของมนุษย์ก็จะเหี่ยวเฉาและตายไป แต่ฉันไม่คิดว่าเราจะหยุดนิ่ง เราจะเคลื่อนตัวหากไม่เจาะลึก เราก็มุ่งสู่ความซับซ้อน โดยยังคงเป็นศูนย์กลางของขอบเขตความเป็นไปได้ที่ขยายออกไปอยู่เสมอ

ฉันมีผู้ช่วยมากมายในขณะที่ทำงานกับหนังสือเล่มนี้ ฉันขอขอบคุณ Thomas Hertog และ Neil Shearer เป็นพิเศษสำหรับความช่วยเหลือเกี่ยวกับรูปภาพ คำบรรยาย และแถบด้านข้าง, Anne Harris และ Kitty Fergusson ซึ่งเป็นผู้แก้ไขต้นฉบับ (หรือไฟล์คอมพิวเตอร์ให้แม่นยำยิ่งขึ้น เนื่องจากทุกสิ่งที่ฉันเขียนปรากฏในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์), Philip Dunn ของ Book Laboratory และ Moonrunner Design ผู้สร้างภาพประกอบ แต่ฉันอยากจะขอบคุณทุกคนที่ให้โอกาสฉันได้ใช้ชีวิตตามปกติและมีส่วนร่วมในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ หากไม่มีพวกเขาหนังสือเล่มนี้ก็คงไม่สามารถเขียนได้

ประวัติโดยย่อของสัมพัทธภาพ

ไอน์สไตน์วางรากฐานอย่างไร

ทฤษฎีพื้นฐานสองประการของศตวรรษที่ยี่สิบ:

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไปเกิดในปี พ.ศ. 2422 ในเมืองอุล์มของเยอรมนี ต่อมาครอบครัวย้ายไปมิวนิก ที่ซึ่งบิดาของนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต แฮร์มันน์ และจาค็อบ ลุงของเขา มี บริษัทวิศวกรรมไฟฟ้าขนาดเล็กและไม่ประสบความสำเร็จมากนัก อัลเบิร์ตไม่ใช่เด็กอัจฉริยะ แต่การอ้างว่าเขาสอบตกที่โรงเรียนดูเหมือนจะเป็นการพูดเกินจริง ในปี พ.ศ. 2437 ธุรกิจของบิดาล้มเหลว และครอบครัวย้ายไปมิลาน พ่อแม่ของเขาตัดสินใจออกจากอัลเบิร์ตในเยอรมนีจนกว่าเขาจะเรียนจบ แต่เขาทนไม่ได้กับลัทธิเผด็จการของเยอรมัน และหลังจากนั้นไม่กี่เดือนเขาก็ออกจากโรงเรียนไปอิตาลีเพื่อร่วมครอบครัว ต่อมาเขาสำเร็จการศึกษาในซูริก โดยได้รับประกาศนียบัตรจากโพลีเทคนิคอันทรงเกียรติในปี พ.ศ. 2443 ( อี idgenössische ตผู้เชี่ยวชาญ ชม ochschule - โรงเรียนเทคนิคขั้นสูง) แนวโน้มของไอน์สไตน์ที่จะโต้แย้งและไม่ชอบผู้บังคับบัญชาทำให้เขาไม่สามารถสร้างความสัมพันธ์กับอาจารย์ ETH ได้ ดังนั้นจึงไม่มีใครเสนอตำแหน่งผู้ช่วยให้เขา ซึ่งโดยปกติแล้วเขาจะเริ่มต้นอาชีพทางวิชาการของเขา เพียงสองปีต่อมา ในที่สุดชายหนุ่มก็สามารถได้งานเป็นเสมียนรุ่นน้องที่สำนักงานสิทธิบัตรสวิสในกรุงเบิร์น ในช่วงเวลานี้เอง ในปี 1905 เขาได้เขียนบทความสามฉบับที่ไม่เพียงแต่ทำให้ไอน์สไตน์เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลกเท่านั้น แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์สองครั้ง นั่นคือ การปฏิวัติที่เปลี่ยนความคิดของเราเกี่ยวกับเวลา พื้นที่ และความเป็นจริงด้วยตัวมันเอง

เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าคำอธิบายจักรวาลนี้ใกล้เคียงกับคำอธิบายที่ครอบคลุมแล้ว ตามแนวคิดของพวกเขา พื้นที่นั้นเต็มไปด้วยตัวกลางต่อเนื่อง - "อีเทอร์" รังสีแสงและสัญญาณวิทยุถูกมองว่าเป็นคลื่นของอีเทอร์ เช่นเดียวกับเสียงที่เป็นคลื่นความหนาแน่นของอากาศ สิ่งที่จำเป็นในการทำให้ทฤษฎีสมบูรณ์คือการวัดคุณสมบัติยืดหยุ่นของอีเธอร์อย่างระมัดระวัง ด้วยเป้าหมายนี้ ห้องปฏิบัติการเจฟเฟอร์สันที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดจึงถูกสร้างขึ้นโดยไม่ต้องใช้ตะปูเหล็กแม้แต่ตัวเดียวเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนที่อาจเกิดขึ้นกับการวัดค่าแม่เหล็กที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ผู้ออกแบบลืมไปว่าอิฐสีน้ำตาลแดงที่ใช้ในการก่อสร้างห้องปฏิบัติการและอาคารอื่นๆ ส่วนใหญ่ในฮาร์วาร์ดนั้นมีธาตุเหล็กอยู่เป็นจำนวนมาก อาคารนี้ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน แต่ฮาร์วาร์ดยังไม่รู้ว่าพื้นห้องสมุดซึ่งไม่มีตะปูเหล็กจะรับน้ำหนักได้มากเพียงใด

ในช่วงปลายศตวรรษ แนวคิดเรื่องอีเทอร์ที่แพร่หลายเริ่มประสบปัญหา แสงถูกคาดหวังให้เดินทางผ่านอีเทอร์ด้วยความเร็วคงที่ แต่หากคุณเองกำลังเคลื่อนที่ผ่านอีเทอร์ในทิศทางเดียวกับแสง ความเร็วของแสงควรจะปรากฏช้าลง และหากคุณเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ความเร็ว ของแสงจะดูเร็วขึ้น (รูปที่ 1.1)

ข้าว. 1.1 ทฤษฎีอีเทอร์นิ่ง

หากแสงเป็นคลื่นในสสารยืดหยุ่นที่เรียกว่าอีเทอร์ ความเร็วของแสงจะปรากฏเร็วกว่าหากใครบางคนกำลังเคลื่อนที่ในยานอวกาศเข้าหามัน (a) และจะช้ากว่าหากใครบางคนเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกับแสง (b)

อย่างไรก็ตาม ในการทดลองหลายครั้ง แนวคิดเหล่านี้ไม่สามารถยืนยันได้ ความถูกต้องและถูกต้องที่สุดดำเนินการในปี พ.ศ. 2430 โดย Albert Michelson และ Edward Morley ที่ Case School of Applied Sciences เมืองคลีฟแลนด์ รัฐโอไฮโอ พวกเขาเปรียบเทียบความเร็วแสงในลำแสงสองลำที่เคลื่อนที่เป็นมุมฉากระหว่างกัน ขณะที่โลกหมุนรอบแกนและหมุนรอบดวงอาทิตย์ ความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ผ่านอีเธอร์จะเปลี่ยนไป (รูปที่ 1.2) แต่มิเชลสันและมอร์ลีย์ไม่พบความแตกต่างรายวันหรือรายปีของความเร็วแสงในลำแสงทั้งสอง ปรากฎว่าแสงเคลื่อนที่สัมพันธ์กับคุณด้วยความเร็วเท่ากันเสมอ ไม่ว่าคุณจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนและไปในทิศทางใด (รูปที่ 1.3)

ข้าว. 1.2

ไม่พบความแตกต่างระหว่างความเร็วแสงในทิศทางวงโคจรของโลกและความเร็วแสงในทิศทางตั้งฉาก

จากการทดลองของ Michelson-Morley นักฟิสิกส์ชาวไอริช George Fitzgerald และนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Hendrik Lorentz แนะนำว่าวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านอีเทอร์ควรหดตัวและนาฬิกาควรช้าลง การบีบอัดและการชะลอตัวทำให้ผู้คนวัดความเร็วแสงเท่ากันเสมอ ไม่ว่าพวกเขาจะเคลื่อนที่อย่างไรเมื่อเทียบกับอีเธอร์ (ฟิตซ์เจอรัลด์และลอเรนซ์ยังคงถือว่าอีเทอร์เป็นสสารจริง) อย่างไรก็ตาม ในบทความที่เขียนเมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2448 ไอน์สไตน์ตั้งข้อสังเกตว่าหากไม่มีใครสามารถระบุได้ว่าเขากำลังเคลื่อนที่ผ่านอีเทอร์หรือไม่ แนวคิดของอีเทอร์นั้นเอง กลายเป็นสิ่งที่ซ้ำซ้อน แต่เขากลับเริ่มต้นด้วยสมมติฐานที่ว่ากฎของฟิสิกส์จะต้องเหมือนกันสำหรับผู้สังเกตการณ์ที่เคลื่อนไหวอย่างอิสระทุกคน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวัดความเร็วแสงทั้งหมดควรได้รับค่าเท่ากันไม่ว่าพวกเขาจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนก็ตาม ความเร็วแสงไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแสงและจะเท่ากันในทุกทิศทาง

ข้าว. 1.3. การวัดความเร็วแสง

ในอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ของไมเคิลสัน-มอร์ แสงจากแหล่งกำเนิดถูกแบ่งออกเป็นสองลำแสงด้วยกระจกโปร่งแสง รังสีเคลื่อนตัวในแนวตั้งฉากกัน จากนั้นจึงรวมตัวกันอีกครั้ง ตกลงบนกระจกโปร่งแสง ความแตกต่างของความเร็วของรังสีแสงที่เคลื่อนที่ในสองทิศทางอาจนำไปสู่ความจริงที่ว่ายอดคลื่นของรังสีหนึ่งจะมาถึงพร้อมกันกับร่องคลื่นของอีกรังสีหนึ่งและหักล้างกัน

สตีเฟน ฮอว์คิง

โลกโดยสรุป

คำนำ

ฉันไม่ได้คาดหวังว่าหนังสือสารคดีของฉัน A Brief History of Time จะประสบความสำเร็จขนาดนี้ หนังสือยังคงอยู่ในรายชื่อหนังสือขายดีของ London Sunday Times มานานกว่าสี่ปี ซึ่งนานกว่าหนังสือเล่มอื่นๆ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเป็นพิเศษสำหรับการตีพิมพ์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ เนื่องจากโดยปกติแล้วหนังสือเหล่านี้จะขายออกเร็วมาก จากนั้นผู้คนก็เริ่มถามว่าเมื่อไหร่จะมีภาคต่อ ฉันไม่เต็มใจ ไม่อยากเขียนอะไรประมาณว่า "เรื่องสั้นต่อเนื่อง" หรือ "ประวัติศาสตร์ของเวลาอีกสักหน่อย" ฉันยังยุ่งอยู่กับการค้นคว้า แต่ก็เริ่มชัดเจนว่าสามารถเขียนหนังสือเล่มอื่นได้ซึ่งมีโอกาสที่จะเข้าใจได้ง่ายขึ้น “ประวัติศาสตร์โดยย่อของเวลา” มีโครงสร้างตามรูปแบบเชิงเส้น ในกรณีส่วนใหญ่ แต่ละบทที่ตามมาจะเชื่อมโยงอย่างมีเหตุผลกับบทก่อนหน้า ผู้อ่านบางคนชอบเรื่องนี้ แต่บางคนก็ติดอยู่กับบทแรกๆ และไม่เคยเข้าถึงหัวข้อที่น่าสนใจไปกว่านี้เลย หนังสือเล่มนี้มีโครงสร้างแตกต่างออกไป - มีลักษณะเหมือนต้นไม้มากกว่า: บทที่ 1 และ 2 ก่อตัวเป็นลำต้นซึ่งกิ่งก้านของบทที่เหลือแผ่ขยายออกไป

"กิ่งก้าน" เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นอิสระจากกันและเมื่อได้รับแนวคิดเกี่ยวกับ "ลำต้น" ผู้อ่านสามารถทำความคุ้นเคยกับกิ่งก้านเหล่านี้ในลำดับใดก็ได้ เกี่ยวข้องกับประเด็นที่ฉันทำงานหรือคิดมาตั้งแต่ตีพิมพ์ A Brief History of Time นั่นคือสะท้อนให้เห็นถึงพื้นที่การวิจัยสมัยใหม่ที่มีการพัฒนาอย่างแข็งขันที่สุด ภายในแต่ละบท ฉันได้พยายามที่จะย้ายออกจากโครงสร้างเชิงเส้นด้วย ภาพประกอบและคำบรรยายนำผู้อ่านไปสู่เส้นทางอื่น ดังเช่นใน An Illustrated Brief History of Time ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1996 แถบด้านข้างและหมายเหตุริมขอบทำให้บางหัวข้อสามารถกล่าวถึงได้ลึกกว่าที่เป็นไปได้ในข้อความหลัก

ในปี 1988 เมื่อมีการตีพิมพ์ A Brief History of Time เป็นครั้งแรก ความรู้สึกก็คือทฤษฎีสุดท้ายของทุกสิ่งนั้นแทบจะไม่ปรากฏให้เห็นบนขอบฟ้าเลย สถานการณ์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรตั้งแต่นั้นมา? เราเข้าใกล้เป้าหมายของเรามากขึ้นหรือยัง? ดังที่คุณจะได้เรียนรู้ในหนังสือเล่มนี้ ความก้าวหน้าเป็นอย่างมาก แต่การเดินทางยังคงดำเนินต่อไป และไม่มีที่สิ้นสุด อย่างที่พวกเขาพูดกันว่าการเดินทางต่อไปด้วยความหวังดีกว่าการไปถึงเป้าหมาย การค้นหาและการค้นพบของเราจุดประกายความคิดสร้างสรรค์ในทุกด้าน ไม่ใช่แค่วิทยาศาสตร์ ถ้าเราไปถึงสุดถนนจิตวิญญาณของมนุษย์ก็จะเหี่ยวเฉาและตายไป แต่ฉันไม่คิดว่าเราจะหยุดนิ่ง เราจะเคลื่อนตัวหากไม่เจาะลึก เราก็มุ่งสู่ความซับซ้อน โดยยังคงเป็นศูนย์กลางของขอบเขตความเป็นไปได้ที่ขยายออกไปอยู่เสมอ

ฉันมีผู้ช่วยมากมายในขณะที่ทำงานกับหนังสือเล่มนี้ ฉันขอขอบคุณ Thomas Hertog และ Neil Shearer เป็นพิเศษสำหรับความช่วยเหลือเกี่ยวกับรูปภาพ คำบรรยาย และแถบด้านข้าง, Anne Harris และ Kitty Fergusson ซึ่งเป็นผู้แก้ไขต้นฉบับ (หรือไฟล์คอมพิวเตอร์ให้แม่นยำยิ่งขึ้น เนื่องจากทุกสิ่งที่ฉันเขียนปรากฏในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์), Philip Dunn ของ Book Laboratory และ Moonrunner Design ผู้สร้างภาพประกอบ แต่ฉันอยากจะขอบคุณทุกคนที่ให้โอกาสฉันได้ใช้ชีวิตตามปกติและมีส่วนร่วมในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ หากไม่มีพวกเขาหนังสือเล่มนี้ก็คงไม่สามารถเขียนได้

ประวัติโดยย่อของสัมพัทธภาพ

ไอน์สไตน์วางรากฐานอย่างไร

ทฤษฎีพื้นฐานสองประการของศตวรรษที่ยี่สิบ:

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไปเกิดในปี พ.ศ. 2422 ในเมืองอุล์มของเยอรมนี ต่อมาครอบครัวย้ายไปมิวนิก ที่ซึ่งบิดาของนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต แฮร์มันน์ และจาค็อบ ลุงของเขา มี บริษัทวิศวกรรมไฟฟ้าขนาดเล็กและไม่ประสบความสำเร็จมากนัก อัลเบิร์ตไม่ใช่เด็กอัจฉริยะ แต่การอ้างว่าเขาสอบตกที่โรงเรียนดูเหมือนจะเป็นการพูดเกินจริง ในปี พ.ศ. 2437 ธุรกิจของบิดาล้มเหลว และครอบครัวย้ายไปมิลาน พ่อแม่ของเขาตัดสินใจออกจากอัลเบิร์ตในเยอรมนีจนกว่าเขาจะเรียนจบ แต่เขาทนไม่ได้กับลัทธิเผด็จการของเยอรมัน และหลังจากนั้นไม่กี่เดือนเขาก็ออกจากโรงเรียนไปอิตาลีเพื่อร่วมครอบครัว ต่อมาเขาสำเร็จการศึกษาในซูริก โดยได้รับประกาศนียบัตรจากโพลีเทคนิคอันทรงเกียรติในปี พ.ศ. 2443 ( อี idgenössische ตผู้เชี่ยวชาญ ชม ochschule - โรงเรียนเทคนิคขั้นสูง) แนวโน้มของไอน์สไตน์ที่จะโต้แย้งและไม่ชอบผู้บังคับบัญชาทำให้เขาไม่สามารถสร้างความสัมพันธ์กับอาจารย์ ETH ได้ ดังนั้นจึงไม่มีใครเสนอตำแหน่งผู้ช่วยให้เขา ซึ่งโดยปกติแล้วเขาจะเริ่มต้นอาชีพทางวิชาการของเขา เพียงสองปีต่อมา ในที่สุดชายหนุ่มก็สามารถได้งานเป็นเสมียนรุ่นน้องที่สำนักงานสิทธิบัตรสวิสในกรุงเบิร์น ในช่วงเวลานี้เอง ในปี 1905 เขาได้เขียนบทความสามฉบับที่ไม่เพียงแต่ทำให้ไอน์สไตน์เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลกเท่านั้น แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์สองครั้ง นั่นคือ การปฏิวัติที่เปลี่ยนความคิดของเราเกี่ยวกับเวลา พื้นที่ และความเป็นจริงด้วยตัวมันเอง

เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าคำอธิบายจักรวาลนี้ใกล้เคียงกับคำอธิบายที่ครอบคลุมแล้ว ตามแนวคิดของพวกเขา พื้นที่นั้นเต็มไปด้วยตัวกลางต่อเนื่อง - "อีเทอร์" รังสีแสงและสัญญาณวิทยุถูกมองว่าเป็นคลื่นของอีเทอร์ เช่นเดียวกับเสียงที่เป็นคลื่นความหนาแน่นของอากาศ สิ่งที่จำเป็นในการทำให้ทฤษฎีสมบูรณ์คือการวัดคุณสมบัติยืดหยุ่นของอีเธอร์อย่างระมัดระวัง ด้วยเป้าหมายนี้ ห้องปฏิบัติการเจฟเฟอร์สันที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดจึงถูกสร้างขึ้นโดยไม่ต้องใช้ตะปูเหล็กแม้แต่ตัวเดียวเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนที่อาจเกิดขึ้นกับการวัดค่าแม่เหล็กที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ผู้ออกแบบลืมไปว่าอิฐสีน้ำตาลแดงที่ใช้ในการก่อสร้างห้องปฏิบัติการและอาคารอื่นๆ ส่วนใหญ่ในฮาร์วาร์ดนั้นมีธาตุเหล็กอยู่เป็นจำนวนมาก อาคารนี้ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน แต่ฮาร์วาร์ดยังไม่รู้ว่าพื้นห้องสมุดซึ่งไม่มีตะปูเหล็กจะรับน้ำหนักได้มากเพียงใด

ในช่วงปลายศตวรรษ แนวคิดเรื่องอีเทอร์ที่แพร่หลายเริ่มประสบปัญหา แสงถูกคาดหวังให้เดินทางผ่านอีเทอร์ด้วยความเร็วคงที่ แต่หากคุณเองกำลังเคลื่อนที่ผ่านอีเทอร์ในทิศทางเดียวกับแสง ความเร็วของแสงควรจะปรากฏช้าลง และหากคุณเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ความเร็ว ของแสงจะดูเร็วขึ้น (รูปที่ 1.1)

ข้าว. 1.1 ทฤษฎีอีเทอร์นิ่ง

หากแสงเป็นคลื่นในสสารยืดหยุ่นที่เรียกว่าอีเทอร์ ความเร็วของแสงจะปรากฏเร็วกว่าหากใครบางคนกำลังเคลื่อนที่ในยานอวกาศเข้าหามัน (a) และจะช้ากว่าหากใครบางคนเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกับแสง (b)

อย่างไรก็ตาม ในการทดลองหลายครั้ง แนวคิดเหล่านี้ไม่สามารถยืนยันได้ ความถูกต้องและถูกต้องที่สุดดำเนินการในปี พ.ศ. 2430 โดย Albert Michelson และ Edward Morley ที่ Case School of Applied Sciences เมืองคลีฟแลนด์ รัฐโอไฮโอ พวกเขาเปรียบเทียบความเร็วแสงในลำแสงสองลำที่เคลื่อนที่เป็นมุมฉากระหว่างกัน ขณะที่โลกหมุนรอบแกนและหมุนรอบดวงอาทิตย์ ความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ผ่านอีเธอร์จะเปลี่ยนไป (รูปที่ 1.2) แต่มิเชลสันและมอร์ลีย์ไม่พบความแตกต่างรายวันหรือรายปีของความเร็วแสงในลำแสงทั้งสอง ปรากฎว่าแสงเคลื่อนที่สัมพันธ์กับคุณด้วยความเร็วเท่ากันเสมอ ไม่ว่าคุณจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนและไปในทิศทางใด (รูปที่ 1.3)

มีชีวิตชีวาและน่าสนใจ ฮอว์คิงมีพรสวรรค์ในการสอนและการอธิบาย และนำเสนอแนวคิดที่ซับซ้อนอย่างยิ่งอย่างตลกขบขันพร้อมการเปรียบเทียบจากชีวิตประจำวัน

นิวยอร์กไทม์ส

หนังสือเล่มนี้นำความมหัศจรรย์ในวัยเด็กมาผสมผสานกับสติปัญญาอัจฉริยะ เราเดินทางผ่านจักรวาลของฮอว์คิง ซึ่งถูกขับเคลื่อนด้วยพลังแห่งจิตใจของเขา

ซันเดย์ไทมส์

มีชีวิตชีวาและมีไหวพริบ... ทำให้ผู้อ่านทั่วไปสามารถดึงความจริงทางวิทยาศาสตร์อันล้ำลึกจากแหล่งต้นฉบับได้

ชาวนิวยอร์ก

Stephen Hawking เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านความชัดเจน... เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าใครก็ตามที่ยังมีชีวิตอยู่ในปัจจุบันได้นำเสนอการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ชัดเจนยิ่งขึ้นซึ่งทำให้คนธรรมดาหวาดกลัว

ชิคาโกทริบูน

อาจเป็นหนังสือวิทยาศาสตร์ยอดนิยมที่ดีที่สุด บทสรุปที่เชี่ยวชาญเกี่ยวกับสิ่งที่นักฟิสิกส์ยุคใหม่รู้เกี่ยวกับฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ขอบคุณดร.ฮอว์คิง! คิดถึงจักรวาลและทำไมมันถึงเป็นเช่นนี้

วารสารวอลล์สตรีท

ในปี 1988 หนังสือที่ทำลายสถิติของ Stephen Hawking เรื่อง A Brief History of Time ได้แนะนำให้ผู้อ่านทั่วโลกรู้จักแนวคิดของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่น่าทึ่งคนนี้ และนี่คือกิจกรรมสำคัญใหม่: Hawking กลับมาแล้ว! ภาคต่อที่มีภาพประกอบสวยงามอย่าง The World in a Nutshell เผยให้เห็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นนับตั้งแต่การตีพิมพ์หนังสือเล่มแรกของเขาที่ได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวาง

ฮอว์คิงเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่เก่งที่สุดในยุคของเรา ซึ่งไม่เพียงรู้จักความกล้าหาญในความคิดของเขาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความชัดเจนและความเฉลียวฉลาดในการแสดงออกของเขาด้วย Hawking พาเราไปสู่การวิจัยระดับแนวหน้า ที่ซึ่งความจริงดูเหมือนแปลกกว่านิยาย เพื่ออธิบาย ศัพท์ง่ายๆ ที่เป็นหลักการที่ควบคุมจักรวาล เช่นเดียวกับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายคน ฮอว์คิงปรารถนาที่จะค้นพบจอกศักดิ์สิทธิ์แห่งวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นทฤษฎีของทุกสิ่ง ซึ่งอยู่ที่รากฐานของจักรวาล ช่วยให้เราสัมผัสความลับของจักรวาลได้ ตั้งแต่แรงโน้มถ่วงยิ่งยวดไปจนถึงสมมาตรยิ่งยวด จากทฤษฎีควอนตัมไปจนถึงทฤษฎี M จากโฮโลแกรมไปจนถึงความเป็นคู่ เราไปผจญภัยที่น่าตื่นเต้นไปกับเขาในขณะที่เขาพูดถึงความพยายามของเขาในการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์และแนวคิดของริชาร์ด ไฟน์แมน เกี่ยวกับประวัติศาสตร์มากมายจนกลายเป็นทฤษฎีที่เป็นเอกภาพโดยสมบูรณ์ซึ่งจะอธิบายทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาล

เราร่วมเดินทางไปกับเขาในการเดินทางสุดพิเศษผ่านอวกาศ-เวลา และภาพประกอบสีอันงดงามเป็นจุดสังเกตในการเดินทางครั้งนี้ผ่านดินแดนมหัศจรรย์เหนือจริง ที่ซึ่งอนุภาค เยื่อหุ้มเซลล์ และเส้นเชือกเคลื่อนที่ในสิบเอ็ดมิติ ที่ซึ่งหลุมดำระเหยไป และนำความลับของพวกมันไปด้วย และ ที่ซึ่งเมล็ดจักรวาลซึ่งเป็นที่ที่เอกภพของเราเติบโตนั้นเป็นถั่วลูกเล็กๆ

Stephen Hawking ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ Lucasian สาขาคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ต่อจาก Isaac Newton และ Paul Dirac เขาได้รับการยกย่องให้เป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่โดดเด่นที่สุดนับตั้งแต่ไอน์สไตน์

โลกโดยสรุป

ว่าจักรวาลมีเรื่องราวมากมาย

ซึ่งแต่ละอย่าง

กำหนดโดยถั่วตัวเล็กๆ

ฉันจะพิจารณาตัวเองโดยสรุป

เจ้าแห่งพื้นที่อันกว้างใหญ่

ในเช็คสเปียร์ แฮมเล็ต องค์ที่ 2 ฉากที่ 2

แฮมเล็ตอาจหมายความว่าแม้ว่ามนุษย์เราจะมีร่างกายที่จำกัดมาก แต่จิตใจของเราก็มีอิสระในความปรารถนาที่จะเข้าใจโลกทั้งใบและไปอย่างกล้าหาญในที่ที่แม้แต่วีรบุรุษแห่งสตาร์เทรคก็ไม่กล้าไป - ความฝันที่เลวร้ายที่สุดก็ได้รับอนุญาต

จักรวาลไม่มีที่สิ้นสุดจริง ๆ หรือใหญ่มาก? มันเป็นนิรันดร์หรือเพียงแค่มีอายุยืนยาว? จิตใจอันจำกัดของเราจะเข้าใจจักรวาลอันไม่มีที่สิ้นสุดได้อย่างไร? ความมั่นใจในตัวเองมากเกินไปหรือเปล่าที่จะพยายามทำแบบนั้น? เราไม่เสี่ยงต่อการทำซ้ำชะตากรรมของโพรมีธีอุสซึ่งตามตำนานคลาสสิกขโมยไฟจากซุสและสอนผู้คนถึงวิธีใช้มันและเพื่อเป็นการลงโทษสำหรับความกล้าหาญที่ประมาทเลินเล่อถูกล่ามโซ่ไว้กับก้อนหินและกลายเป็นเหยื่อของนกอินทรี ที่บินไปจิกตับของเขาเหรอ?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

แม้จะมีคำเตือนตามตำนาน แต่ฉันเชื่อว่าเราสามารถและควรพยายามทำความเข้าใจจักรวาล เราได้ก้าวไปอย่างน่าทึ่งในการทำความเข้าใจอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เรายังไม่มีภาพเต็ม แต่อาจจะอยู่ใกล้แค่เอื้อม

ความจริงที่ชัดเจนที่สุดเกี่ยวกับอวกาศก็คือว่ามันดำเนินต่อไปเรื่อยๆ สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากเครื่องมือสมัยใหม่ เช่น กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล ซึ่งช่วยให้เรามองเข้าไปในห้วงอวกาศได้ ที่นั่นเราเห็นกาแล็กซีจำนวนหลายพันล้านกาแล็กซีที่มีรูปร่างและขนาดต่างๆ (รูปที่ 3.1)

เมื่อเรามองเข้าไปในส่วนลึกของจักรวาล เราจะเห็นกาแล็กซีนับพันล้านกาแล็กซี กาแลคซีสามารถมีรูปร่างและขนาดต่างกันได้ พวกมันอาจเป็นทรงรีหรือเป็นเกลียวก็ได้ เช่นเดียวกับทางช้างเผือกของเรา

โลกของเรา (3) โคจรรอบดวงอาทิตย์ในบริเวณรอบนอกของดาราจักรทางช้างเผือกแบบก้นหอย ฝุ่นระหว่างดวงดาวในแขนกังหันทำให้เราไม่สามารถสังเกตทิศทางของระนาบดาราจักรได้ แต่ด้านข้างของดาราจักรก็มองเห็นได้ชัดเจน

กาแล็กซีแต่ละกาแล็กซีมีดวงดาวนับล้านๆ ดวง และหลายกาแล็กซีก็มีดาวเคราะห์ด้วย เราอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ที่แขนด้านนอกของดาราจักรทางช้างเผือกที่เป็นก้นหอย ฝุ่นในแขนกังหันขัดขวางไม่ให้เราสังเกตจักรวาลใกล้กับระนาบดาราจักร แต่ในทิศทางของกรวยทั้งสองข้างทั้งสองด้านของระนาบนี้ ทัศนวิสัยดีเยี่ยม และเราสามารถระบุตำแหน่งของดาราจักรที่อยู่ไกลออกไปได้ (รูปที่ 3.2) . เราพบว่ากาแลคซีมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในอวกาศโดยประมาณ โดยมีกระจุกและช่องว่างเฉพาะจุด ดูเหมือนว่าความหนาแน่นของกาแลคซีในระยะห่างที่ไกลมากจะลดลง แต่เป็นไปได้มากว่าเนื่องจากระยะห่างของมัน แสงของพวกมันจึงอ่อนมากจนเราไม่สามารถบันทึกพวกมันได้ เท่าที่เราสามารถบอกได้ จักรวาลทอดยาวไปในอวกาศอย่างไม่มีที่สิ้นสุด (รูปที่ 3.3)

เราเห็นว่ายกเว้นกระจุกเฉพาะที่แต่ละแห่ง กาแลคซีมีการกระจายตัวเกือบจะสม่ำเสมอในอวกาศ

แม้ว่าจักรวาลจะดูเกือบจะเหมือนกันทุกที่ในอวกาศ แต่มันก็เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอย่างแน่นอน จนถึงต้นศตวรรษที่ 20 สิ่งนี้ยังไม่เกิดขึ้น - เชื่อกันว่าโดยพื้นฐานแล้วไม่มีการเปลี่ยนแปลง มันควรจะดำรงอยู่ชั่วระยะเวลาอันไม่มีที่สิ้นสุด แต่สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่ไร้สาระ หากดวงดาวส่องแสงอย่างไม่มีกำหนด พวกมันจะต้องทำให้จักรวาลอุ่นขึ้นตามอุณหภูมิของมัน แม้ในเวลากลางคืน ท้องฟ้าทั้งมวลก็ยังส่องสว่างเจิดจ้าราวกับดวงอาทิตย์ เพราะในที่สุดการจ้องมองจะลงเอยด้วยดวงดาวหรือเมฆฝุ่นซึ่งร้อนถึงอุณหภูมิเดียวกันกับดวงดาวในที่สุด (รูปที่ 3.4)

หากจักรวาลคงที่และไม่มีที่สิ้นสุดในทุกทิศทาง ท้องฟ้ายามค่ำคืนก็จะถูกดวงดาวกระจัดกระจายไปทุกที่และเปล่งประกายเจิดจ้าราวกับพื้นผิวดวงอาทิตย์

เราทุกคนเคยสังเกตท้องฟ้ายามค่ำคืนและรู้ว่ามันมืดซึ่งสิ่งนี้สำคัญมาก ตามมาว่าจักรวาลไม่สามารถคงอยู่ในสถานะเดียวกับที่เป็นอยู่ในปัจจุบันได้ตลอดไป ในอดีตกาลอันจำกัดคงมีบางสิ่งเกิดขึ้นจนทำให้ดวงดาวสว่างขึ้น แสดงว่าแสงของดวงดาวที่อยู่ไกลแสนไกลยังมาไม่ถึงเรา นั่นคือเหตุผลที่ท้องฟ้ายามค่ำคืนไม่ได้ทำให้เราตาบอดจากทุกด้าน

แต่หากดวงดาวอยู่ในที่ของมันตลอดเวลา ทำไมจู่ๆ พวกมันถึงสว่างขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อน? ตัวจับเวลาอะไรบอกพวกเขาว่าถึงเวลาเรืองแสงแล้ว? ดังที่เราทราบ นักปรัชญาหลายคนสับสนกับเรื่องนี้ ซึ่งเหมือนกับอิมมานูเอล คานท์ ที่เชื่อว่าจักรวาลมีอยู่ตลอดไป อย่างไรก็ตาม คนส่วนใหญ่ค่อนข้างสบายใจกับแนวคิดที่ว่าจักรวาลถูกสร้างขึ้นเมื่อไม่กี่พันปีก่อนโดยทั่วไปอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

ความไม่เห็นด้วยกับแนวคิดนี้เริ่มปรากฏขึ้นเนื่องจากการสังเกตของ Vesto Slifer และ Edwin Hubble ในช่วงทศวรรษที่สองของศตวรรษที่ 20 และในปี พ.ศ. 2466 ฮับเบิลได้ค้นพบว่าจุดจำนวนมากที่แทบมองไม่เห็นบนท้องฟ้าที่เรียกว่าเนบิวลานั้น แท้จริงแล้วคือกาแลคซีอื่น ซึ่งเป็นกลุ่มดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่มีดาวดวงเดียวกับดวงอาทิตย์ของเรา แต่ตั้งอยู่ในระยะห่างที่ไกลมาก เพื่อให้พวกมันดูเล็กและซีดเซียว ระยะทางจะต้องมากจนแสงต้องใช้เวลาหลายล้านหรือหลายพันล้านปีจึงจะมาถึงเรา ซึ่งหมายความว่าจักรวาลไม่สามารถปรากฏตัวได้เมื่อไม่กี่พันปีก่อนเท่านั้น

การค้นพบครั้งที่สองของฮับเบิลนั้นน่าทึ่งยิ่งกว่าเดิม นักดาราศาสตร์รู้ว่าโดยการวิเคราะห์แสงของกาแลคซีอื่น เราสามารถระบุได้ว่าพวกมันกำลังเคลื่อนเข้ามาหาเราหรืออยู่ห่างจากเรา (รูปที่ 3.5) พวกเขาต้องประหลาดใจอย่างยิ่งที่กาแล็กซีเกือบทั้งหมดเคลื่อนตัวออกไป ยิ่งกว่านั้น ยิ่งกาแลคซีอยู่ไกลเท่าไร พวกมันก็จะเคลื่อนตัวออกไปเร็วขึ้นเท่านั้น ฮับเบิลเป็นผู้ตระหนักถึงผลลัพธ์อันน่าทึ่งของการค้นพบนี้ ในระดับใหญ่ กาแล็กซีทุกแห่งจะเคลื่อนตัวออกจากกัน จักรวาลกำลังขยายตัว

กาแลคซีใกล้เคียงของเราคือแอนโดรเมดาเนบิวลา ซึ่งวัดพารามิเตอร์โดยฮับเบิลและสลิเฟอร์

เส้นเวลาของการค้นพบโดย Slipher และ Hubble ระหว่างปี 1910 ถึง 1930

1912 - สลิเวอร์ได้รับสเปกตรัมของเนบิวลา 4 ดวงและค้นพบการเคลื่อนตัวของสีแดงใน 3 เนบิวลา และการเคลื่อนตัวของสีน้ำเงินในสเปกตรัมของเนบิวลาแอนโดรเมดา เขาสรุปว่าเนบิวลาแอนโดรเมดากำลังเข้าใกล้เรา ขณะที่เนบิวลาอื่นกำลังเคลื่อนตัวออกไปจากเรา

1912–1914 - Slifer วัดสเปกตรัมของเนบิวลาอีก 12 ดวง ทั้งหมดยกเว้นอันเดียวกลายเป็นเรดชิฟท์

1914 - สลิเวอร์นำเสนอผลงานของเขาต่อสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน มีฮับเบิลอยู่ด้วย

1918 - ฮับเบิลเริ่มสำรวจเนบิวลา

1923 - ฮับเบิลระบุว่าเนบิวลากังหัน (รวมถึงเนบิวลาแอนโดรเมดา) เป็นกาแลคซีอื่น

1914–1925 - สลิเวอร์และนักดาราศาสตร์คนอื่นๆ ยังคงตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของดอปเปลอร์ ภายในปี 1925 มีการตรวจวัด Red Shift 43 ครั้งและ Blue Shift 2 ครั้ง

1929 - ฮับเบิลและมิลตัน ฮูเมสัน ยังคงตรวจวัดการเคลื่อนตัวของดอปเปลอร์อย่างต่อเนื่อง และค้นพบว่ากาแลคซีแต่ละแห่งดูเหมือนจะเคลื่อนออกจากกาแล็กซีขนาดใหญ่ในขนาดใหญ่ จึงประกาศว่าจักรวาลกำลังขยายตัว

ผลกระทบดอปเปลอร์

เราสังเกตเห็นปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ซึ่งเผยให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นและความเร็วเกือบทุกวัน ฟังเสียงเครื่องบินที่บินอยู่เหนือศีรษะ เมื่อเข้าใกล้ เครื่องยนต์จะมีเสียงแหลมสูง และเมื่อเคลื่อนตัวออกไปก็จะส่งเสียงต่ำ

ระดับเสียงสูงสอดคล้องกับคลื่นเสียงที่สั้นกว่า (โดยมีระยะห่างจากยอดคลื่นหนึ่งไปยังอีกคลื่นหนึ่ง) และความถี่ที่สูงกว่า (จำนวนคลื่นที่มาถึงต่อวินาที)

เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์เกิดจากการที่เครื่องบินที่กำลังเข้าใกล้คุณมากขึ้นเมื่อมันสร้างยอดคลื่นลูกถัดไป ซึ่งหมายความว่าระยะห่างระหว่างยอดคลื่นจะลดลง ในทำนองเดียวกัน เมื่อเครื่องบินเคลื่อนตัวออกไป ความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้น และเสียงที่รับรู้จะลดลง

การค้นพบการขยายตัวของจักรวาลถือเป็นหนึ่งในการปฏิวัติทางปัญญาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในศตวรรษที่ 20 มันกลับกลายเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิงและเปลี่ยนแนวทางการอภิปรายเกี่ยวกับต้นกำเนิดของจักรวาลไปโดยสิ้นเชิง หากกาแลคซีกำลังแยกจากกัน พวกมันจะต้องอยู่ใกล้กันมากขึ้นในอดีต จากอัตราการขยายตัวในปัจจุบัน เราสามารถสรุปได้ว่าเมื่อประมาณ 10 ถึง 15 พันล้านปีก่อน พวกมันอยู่ใกล้กันมาก ตามที่อธิบายไว้ในบทที่แล้ว โรเจอร์ เพนโรสและฉันสามารถแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์บอกเป็นนัยว่าจักรวาลและเวลานั้นจะต้องมีจุดเริ่มต้นในรูปแบบของการระเบิดครั้งใหญ่ นั่นคือเหตุผลว่าทำไมท้องฟ้ายามค่ำคืนจึงมืด ไม่มีดาวสักดวงเดียวที่สามารถส่องแสงได้นานกว่าสิบถึงหนึ่งหมื่นห้าพันล้านปี ซึ่งเป็นเวลาที่ผ่านไปนับตั้งแต่บิ๊กแบง

เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ยังเกิดขึ้นกับคลื่นแสงด้วย หากดาราจักรอยู่ห่างจากโลกคงที่ เส้นลักษณะเฉพาะในสเปกตรัมจะปรากฏที่ตำแหน่งมาตรฐานปกติ อย่างไรก็ตาม ถ้ามันเคลื่อนออกจากเรา คลื่นก็จะปรากฏยาวขึ้นหรือยืดออก และเส้นสเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะจะเปลี่ยนเป็นสีแดง (ขวา) หากกาแลคซีเคลื่อนเข้ามาใกล้เรามากขึ้น คลื่นก็จะถูกบีบอัดและเส้นจะเกิดการเคลื่อนตัวสีน้ำเงิน

เอ็ดวิน ฮับเบิลกับกล้องโทรทรรศน์ขนาด 100 นิ้วที่หอดูดาวเมาท์วิลสัน 1930

จากการวิเคราะห์แสงของกาแลคซีอื่นๆ เอ็ดวิน ฮับเบิลค้นพบในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1920 ว่ากาแลคซีเกือบทั้งหมดกำลังเคลื่อนตัวออกไปจากเราด้วยความเร็ว V ซึ่งเป็นสัดส่วนกับระยะทาง รจากแผ่นดินโลก: วี= N x อาร์- รูปแบบที่สำคัญนี้เรียกว่ากฎของฮับเบิล ซึ่งกำหนดว่าจักรวาลกำลังขยายตัวและค่าคงที่ของฮับเบิล เอ็นกำหนดอัตราการขยายตัวของมัน

ข้าว. ฮ.6. กฎของฮับเบิล

กราฟแสดงข้อมูลเชิงสังเกตล่าสุดเกี่ยวกับการเลื่อนไปทางแดงของกาแลคซี ซึ่งยืนยันว่ากฎของฮับเบิลทำงานที่ระยะห่างจากเรามาก การโค้งงอขึ้นเล็กน้อยในระยะทางที่ไกลขึ้นแสดงให้เห็นว่าการขยายตัวกำลังเร่งขึ้น ซึ่งอาจอยู่ภายใต้อิทธิพลของพลังงานสุญญากาศ

เราคุ้นเคยกับความจริงที่ว่าเหตุการณ์บางอย่างเกิดจากเหตุการณ์อื่นที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ ซึ่งในทางกลับกันก็เกิดจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ด้วยซ้ำ มีห่วงโซ่แห่งเหตุที่ทอดยาวย้อนกลับไปในอดีต แต่สมมุติว่าห่วงโซ่นี้มีจุดเริ่มต้น สมมติว่าเหตุการณ์แรกเกิดขึ้น อะไรเป็นสาเหตุ? นี่ไม่ใช่คำถามที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ต้องการพูดถึง พวกเขาพยายามหลีกเลี่ยง ไม่ว่าจะโดยการประกาศเช่นเดียวกับชาวรัสเซียว่าจักรวาลไม่มีจุดเริ่มต้น หรือโดยยืนยันว่าคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของมันอยู่นอกขอบเขตของวิทยาศาสตร์และเป็นของอภิปรัชญาและศาสนา ความคิดเห็นของฉันคือนักวิทยาศาสตร์ที่แท้จริงไม่ควรยอมรับตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งเหล่านี้ หากกฎแห่งธรรมชาติถูกระงับไว้ที่จุดเริ่มต้นของจักรวาล ทำไมจึงไม่ควรละเมิดกฎเหล่านั้นในเวลาอื่นด้วย? กฎหมายไม่ใช่กฎหมายหากมีการบังคับใช้เพียงบางครั้งเท่านั้น เราต้องพยายามอธิบายการกำเนิดของจักรวาลตามหลักวิทยาศาสตร์ งานนี้อาจไม่ขึ้นอยู่กับเรา แต่อย่างน้อยเราก็ต้องพยายาม

แม้ว่าทฤษฎีบทที่เพนโรสกับฉันได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าจักรวาลต้องมีจุดเริ่มต้น พวกเขาไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับธรรมชาติของจุดเริ่มต้นนั้นเลย พวกเขาระบุว่าจักรวาลเริ่มต้นด้วยบิ๊กแบง ซึ่งเป็นสภาวะที่ทุกสิ่งและทุกสิ่งในนั้นถูกบีบอัดให้เป็นจุดเดียวที่มีความหนาแน่นไม่สิ้นสุด เมื่อถึงจุดนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เริ่มใช้ไม่ได้และไม่สามารถใช้ทำนายได้อย่างแน่ชัดว่าจักรวาลเริ่มต้นอย่างไร เราถูกบังคับให้ยอมรับว่าต้นกำเนิดของจักรวาลดูเหมือนจะอยู่นอกเหนือขอบเขตของวิทยาศาสตร์

บิ๊กแบงสุดฮอต

หากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปถูกต้อง เอกภพจะเริ่มต้นด้วยอุณหภูมิและความหนาแน่นที่สูงเป็นอนันต์ที่เอกภาวะบิกแบง เมื่อเอกภพขยายตัว อุณหภูมิและความเข้มของรังสีก็ลดลง ประมาณหนึ่งในร้อยวินาทีหลังจากบิ๊กแบง อุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 1 แสนล้านองศา และจักรวาลเต็มไปด้วยโฟตอน อิเล็กตรอน นิวตริโน (อนุภาคที่เบามาก) และปฏิปักษ์ของพวกมัน เช่นเดียวกับโปรตอนและนิวตรอนบางชนิด ในอีกสามนาทีต่อมา จักรวาลก็เย็นลงถึงประมาณ 1 พันล้านองศา โปรตอนและนิวตรอนเริ่มก่อตัวเป็นฮีเลียม ไอโซโทปไฮโดรเจน และธาตุแสงอื่นๆ

หลายแสนปีต่อมา ขณะที่อุณหภูมิลดลงถึงหลายพันองศา อิเล็กตรอนก็ชะลอตัวลงจนถึงจุดที่นิวเคลียสของแสงสามารถจับพวกมันได้ ก่อตัวเป็นอะตอม อย่างไรก็ตาม ธาตุที่หนักกว่าที่ประกอบเราขึ้นมา เช่น คาร์บอนและออกซิเจน นั้นก่อตัวขึ้นเพียงไม่กี่พันล้านปีต่อมาโดยการเผาฮีเลียมในแกนดาวฤกษ์

ภาพของจักรวาลที่หนาแน่นและร้อนนี้อธิบายครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ George Gamow ในปี 1948 ในบทความที่เขียนโดย Ralph Alpher ซึ่งทำให้เกิดการคาดการณ์ที่น่าทึ่งว่ารังสีจากยุคที่ร้อนจัดนั้นควรจะยังคงอยู่รอบตัวเราจนทุกวันนี้ การคาดการณ์ของนักวิทยาศาสตร์ได้รับการยืนยันในปี 1965 เมื่อนักฟิสิกส์ Arno Penzias และ Robert Wilson ตรวจพบรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล.

แต่นี่ไม่ใช่ข้อสรุปที่จะทำให้นักวิทยาศาสตร์พอใจ ดังที่ระบุไว้ในบทที่ 1 และ 2 เหตุผลที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปใช้ไม่ได้กับบิ๊กแบงก็คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไม่รวมถึงหลักการความไม่แน่นอน ซึ่งนำองค์ประกอบของความสุ่มเข้าไปในทฤษฎีควอนตัม และไอน์สไตน์กล่าวว่าพระเจ้า พระเจ้าไม่เล่นลูกเต๋า . อย่างไรก็ตาม ทุกสิ่งบ่งชี้ว่าพระเจ้าคือนักพนันตัวยง คุณสามารถจินตนาการถึงจักรวาลว่าเป็นคาสิโนขนาดใหญ่ที่มีการโยนลูกเต๋าหรือวงล้อรูเล็ตหมุนทุกครั้ง (รูปที่ 3.7)

คุณอาจคิดว่าการบริหารคาสิโนเป็นธุรกิจที่ไม่มั่นคงมาก เพราะการทอยลูกเต๋าหรือรูเล็ตทุกครั้งมีความเสี่ยงในการสูญเสียเงิน แต่ด้วยการเดิมพันจำนวนมาก การชนะและแพ้จะถูกเฉลี่ยและผลลัพธ์ออกมาที่สามารถคาดเดาได้ (รูปที่ 3.8) เจ้าของคาสิโนจัดให้มีการเบี่ยงเบนเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ยตามที่ตนต้องการ นั่นเป็นเหตุผลที่พวกเขารวย โอกาสเดียวที่คุณจะชนะคือการเดิมพันเงินทั้งหมดของคุณด้วยการทอยลูกเต๋าหรือการหมุนรูเล็ตจำนวนเล็กน้อย

หากผู้เล่นเดิมพันสีแดงหลายครั้ง การชนะหรือแพ้ของเขาสามารถทำนายได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากผลการเล่นแต่ละรายการจะเป็นค่าเฉลี่ย ในทางกลับกัน มันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายผลลัพธ์ของการเดิมพันแต่ละรายการ

มันเหมือนกันกับจักรวาล เมื่อมีขนาดใหญ่อย่างทุกวันนี้ มีการทอยลูกเต๋าเป็นจำนวนมาก ผลลัพธ์จะเป็นค่าเฉลี่ยและสามารถคาดเดาได้ นี่คือสาเหตุที่กฎหมายคลาสสิกใช้ได้กับระบบขนาดใหญ่ แต่เมื่อจักรวาลมีขนาดเล็กมาก ใกล้บิ๊กแบง ลูกเต๋าจะถูกทอยเพียงไม่กี่ครั้ง และหลักความไม่แน่นอนก็มีความสำคัญมาก

เนื่องจากจักรวาลกำลังทอยลูกเต๋าอยู่ตลอดเวลาเพื่อดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นต่อไป มันจึงไม่มีเรื่องราวใดเหมือนอย่างที่ใครๆ คิด ในทางตรงกันข้าม จักรวาลมีประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ซึ่งแต่ละเรื่องมีความน่าจะเป็นที่แน่นอน ในบรรดาพวกเขาควรเป็นทีมที่ทีมเบลีซคว้าเหรียญทองทั้งหมดในการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกแม้ว่าอาจมีความเป็นไปได้ต่ำก็ตาม ความคิดที่ว่าจักรวาลมีหลายประวัติศาสตร์อาจดูเหมือนเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ปัจจุบันได้รับการยอมรับว่าเป็นข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ คิดค้นโดย Richard Feynman ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่และเป็นต้นฉบับที่ยอดเยี่ยม

ขณะนี้เรากำลังดำเนินการเพื่อรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์และแนวคิดของไฟน์แมนเกี่ยวกับประวัติศาสตร์หลายเรื่องให้เป็นทฤษฎีที่เป็นเอกภาพโดยสมบูรณ์ซึ่งอธิบายทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาล ทฤษฎีที่เป็นเอกภาพจะช่วยให้เราสามารถคำนวณได้ว่าจักรวาลจะพัฒนาไปอย่างไรหากเรารู้ว่าประวัติศาสตร์ของมันเริ่มต้นอย่างไร แต่ทฤษฎีที่เป็นเอกภาพนั้นไม่อนุญาตให้เราค้นหาว่าจักรวาลเริ่มต้นที่ไหน และสถานะเริ่มต้นของมันคืออะไร สิ่งนี้ต้องการสิ่งที่เรียกว่าเงื่อนไขขอบเขต ซึ่งเป็นกฎที่บอกเราว่าเกิดอะไรขึ้นที่ขอบจักรวาล ที่ขอบอวกาศและเวลา

หากขอบของจักรวาลเป็นเพียงจุดหนึ่งในกาลอวกาศ เราก็สามารถก้าวข้ามขอบเขตไปได้

หากขอบของจักรวาลผ่านจุดปกติในอวกาศและเวลา เราก็สามารถไปไกลกว่านั้นและอ้างว่าเราได้ไปไกลกว่าจักรวาลแล้ว ในทางกลับกัน หากจักรวาลสิ้นสุดที่ขอบ ซึ่งอวกาศและเวลายู่ยี่และความหนาแน่นไม่มีที่สิ้นสุด คงเป็นเรื่องยากมากที่จะระบุเงื่อนไขขอบเขตที่มีความหมาย

แต่เพื่อนร่วมงานของฉัน จิม ฮาร์เทิล และฉันก็ตระหนักว่ามีทางเลือกที่สาม บางทีจักรวาลก็ไม่มีขอบเขตในอวกาศและเวลา เมื่อมองแวบแรก สิ่งนี้ดูเหมือนจะขัดแย้งกับทฤษฎีบทที่เพนโรสและฉันพิสูจน์ว่าจักรวาลต้องมีจุดเริ่มต้น นั่นคือขอบเขตของเวลา อย่างไรก็ตาม ตามที่อธิบายไว้ในบทที่ 2 มีเวลาอีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่าเวลาจินตภาพ ซึ่งตั้งฉากกับเรียลไทม์ปกติที่เรารับรู้ ประวัติศาสตร์ของจักรวาลแบบเรียลไทม์จะกำหนดประวัติศาสตร์ของมันในเวลาจินตภาพ และในทางกลับกัน แต่ประวัติศาสตร์ทั้งสองประเภทนี้อาจแตกต่างกันมาก ตัวอย่างเช่น ในช่วงเวลาจินตนาการ จักรวาลอาจไม่มีจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุด เวลาในจินตนาการมีพฤติกรรมเกือบจะเหมือนกับทิศทางเพิ่มเติมในอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประวัติศาสตร์ต่างๆ ของจักรวาลในเวลาจินตภาพสามารถแสดงได้ด้วยพื้นผิวโค้ง เช่น ทรงกลม ระนาบ หรืออาน แต่อยู่ในสี่มิติมากกว่าสองมิติ (รูปที่ 3.9)

ข้าว. 3.9 เรื่องราวของจักรวาล

หากประวัติศาสตร์ของจักรวาลไปสู่อนันต์ เช่นเดียวกับในกรณีของอาน ปัญหาในการกำหนดเงื่อนไขขอบเขตที่อนันต์ก็เกิดขึ้น หากประวัติศาสตร์ทั้งหมดของจักรวาลในจินตนาการเป็นพื้นผิวปิดคล้ายกับพื้นผิวโลก ก็ไม่จำเป็นต้องระบุเงื่อนไขขอบเขตแต่อย่างใด

หากประวัติศาสตร์ของจักรวาลไปสู่อนันต์เช่นเดียวกับอานม้าหรือเครื่องบิน ปัญหาก็เกิดขึ้นกับการกำหนดเงื่อนไขขอบเขตที่อนันต์ แต่ถ้าประวัติศาสตร์ทั้งหมดของจักรวาลในจินตนาการเป็นพื้นผิวปิดที่คล้ายกับพื้นผิวโลก เราก็สามารถหลีกเลี่ยงการระบุเงื่อนไขขอบเขตได้อย่างสมบูรณ์ พื้นผิวโลกไม่มีขอบเขตหรือขอบ ไม่มีรายงานที่เชื่อถือได้ว่าผู้คนอารมณ์เสีย

กฎวิวัฒนาการและเงื่อนไขเริ่มต้น

กฎฟิสิกส์ระบุว่าสถานะเริ่มต้นเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป ตัวอย่างเช่น ถ้าเราขว้างก้อนหินขึ้นไปในอากาศ กฎแรงโน้มถ่วงจะทำให้เราสามารถทำนายการเคลื่อนไหวครั้งต่อไปของมันได้อย่างแม่นยำ แต่เราไม่สามารถคาดเดาได้ว่าก้อนหินจะตกลงไปที่ใดตามกฎหมายเพียงอย่างเดียว เราต้องรู้ความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของมันในขณะที่มันออกจากมือด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราต้องรู้เงื่อนไขเบื้องต้นหรืออย่างที่พวกเขาพูดกัน ขอบเขตของการเคลื่อนที่ของหิน

จักรวาลวิทยาพยายามอธิบายวิวัฒนาการของจักรวาลทั้งหมดโดยใช้กฎแห่งฟิสิกส์ ดังนั้นเราจึงต้องถามว่าเงื่อนไขเริ่มต้นของจักรวาลที่เราต้องใช้กฎเหล่านี้คืออะไร สถานะเริ่มแรกสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติพื้นฐานของจักรวาล บางทีอาจถึงคุณสมบัติของอนุภาคมูลฐานและอันตรกิริยาที่มีความสำคัญต่อการพัฒนาสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาด้วยซ้ำ

สมมติฐานประการหนึ่งคือสภาวะไร้ขอบเขต เวลาและพื้นที่นั้นมีจำกัด และสร้างพื้นผิวปิดที่ไม่มีขอบเขต ข้อสันนิษฐานแบบไม่มีขอบเขตนั้นขึ้นอยู่กับแนวคิดของไฟน์แมนเกี่ยวกับประวัติศาสตร์หลายประการ แต่ในกรณีนี้ประวัติของอนุภาคในผลรวมของไฟน์แมนจะถูกแทนที่ด้วยกาลอวกาศทั้งหมดซึ่งแสดงถึงประวัติศาสตร์ของจักรวาลทั้งหมด ถ้าให้พูดเจาะจงก็คือ เงื่อนไขไร้ขอบเขตคือข้อจำกัดของประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้ของจักรวาลกับกาลอวกาศที่ไม่มีขอบเขตในเวลาจินตภาพ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เงื่อนไขขอบเขตของจักรวาลคือไม่มีเงื่อนไขขอบเขต

ขณะนี้นักจักรวาลวิทยากำลังศึกษาว่าโครงร่างเริ่มต้นที่สอดคล้องกับสมมติฐานที่ไร้ขอบเขต ซึ่งอาจร่วมกับหลักการทางมานุษยวิทยาที่อ่อนแอ อาจนำไปสู่การพัฒนาจักรวาลที่คล้ายกับที่เราสังเกตได้หรือไม่

ถ้าประวัติศาสตร์ในจินตนาการของจักรวาลเป็นพื้นผิวปิดจริงๆ ดังที่ฮาร์เทิลและฉันได้แนะนำไว้ สิ่งนี้น่าจะมีผลกระทบที่สำคัญต่อปรัชญาและภาพต้นกำเนิดของเรา จักรวาลในกรณีนี้ปิดสนิทและพึ่งพาตนเองได้ ไม่จำเป็นต้องใช้สิ่งใดภายนอกเพื่อหมุนนาฬิกาและให้มันทำงานต่อไป ทุกสิ่งในโลกจะต้องถูกกำหนดโดยกฎแห่งธรรมชาติและขับเคลื่อนด้วยการขว้างลูกเต๋าภายในจักรวาล แม้ว่านี่อาจดูเหมือนเป็นการคาดเดา แต่ฉันเชื่อเช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ อีกหลายคน

พื้นผิวโลกไม่มีขอบเขตหรือขอบ ข่าวลือเกี่ยวกับผู้คนที่ตกลงไปจนสุดขอบโลกนั้นค่อนข้างเกินความจริง

แม้ว่าเงื่อนไขขอบเขตของเอกภพจะไม่มีเงื่อนไขขอบเขต จักรวาลก็ยังคงมีประวัติศาสตร์มากกว่าหนึ่งรายการ ตามคำกล่าวของไฟน์แมน มันมีเรื่องราวมากมาย พื้นผิวปิดทุกแห่งที่เป็นไปได้จะต้องมีประวัติของตัวเองในเวลาจินตภาพ และแต่ละพื้นผิวจะกำหนดประวัติศาสตร์แบบเรียลไทม์

เป็นผลให้เราได้รับความเป็นไปได้ที่หลากหลายอย่างยิ่งสำหรับจักรวาล อะไรทำให้จักรวาลที่เราอาศัยอยู่โดดเด่นกว่าจักรวาลที่เป็นไปได้ทั้งหมด ในด้านหนึ่ง อาจสังเกตได้ว่าประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้มากมายของจักรวาลไม่ได้นำไปสู่การก่อตัวกาแลคซีและดวงดาวตามลำดับ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการกำเนิดของเรา แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่สิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดสามารถพัฒนาได้โดยไม่มีกาแลคซีและดวงดาว แต่สิ่งนี้ดูไม่น่าเป็นไปได้ นี่คือสาเหตุที่ความจริงที่ว่าเราดำรงอยู่ได้และสามารถถามคำถามว่า "ทำไมจักรวาลถึงเป็นเช่นนี้" ได้กำหนดขอบเขตประวัติศาสตร์ของโลกที่เราอาศัยอยู่ ข้อเท็จจริงนี้บ่งชี้ว่าจะต้องตระหนักรู้ถึงประวัติศาสตร์ชุดย่อยเล็กๆ แห่งหนึ่งซึ่งมีดาราจักรและดวงดาวต่างๆ นี่คือตัวอย่างหนึ่งของสิ่งที่เรียกว่าหลักการมานุษยวิทยา เขาบอกว่าเอกภพจะต้องไม่มากก็น้อยเหมือนกับที่เราสังเกต เพราะถ้าแตกต่างก็จะไม่มีใครสังเกตได้ (รูปที่ 3.10)

ซ้าย: จักรวาลที่ล่มสลายและปิดตัวลง ขวา: จักรวาลเปิด (b) ที่ขยายตัวอย่างต่อเนื่องตลอดไป

จักรวาลชายแดนที่สั่นคลอนระหว่างการล่มสลายของพวกมันเองและการขยายตัวเพิ่มเติม (c1) หรือการพองตัวสองเท่า (c2) อาจเป็นที่อาศัยของชีวิตที่ชาญฉลาด จักรวาลของเรา (ง) ยังคงขยายตัวต่อไป

หลักการมานุษยวิทยา

กล่าวโดยคร่าวๆ หลักการมานุษยวิทยาระบุว่าเราเห็นจักรวาลตามที่เป็นอยู่ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเราดำรงอยู่ มุมมองนี้ตรงกันข้ามกับความหวังในการสร้างทฤษฎีที่เป็นเอกภาพซึ่งสามารถคาดการณ์ได้อย่างชัดเจนตามกฎฟิสิกส์ที่ละเอียดถี่ถ้วนและเป็นไปตามที่โลกของเราเป็นอยู่เพราะมันไม่สามารถแตกต่างได้ หลักการมานุษยวิทยามีรูปแบบต่างๆ มากมาย ตั้งแต่แบบอ่อนแอไปจนถึงแบบไม่สำคัญไปจนถึงแบบรุนแรงจนกลายเป็นเรื่องไร้สาระ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่เต็มใจที่จะยอมรับเฉพาะหลักการทางมานุษยวิทยาที่เข้มแข็ง แต่ก็มีผู้ที่พร้อมจะท้าทายแม้กระทั่งการให้เหตุผลโดยอิงจากหลักการที่อ่อนแอ

หลักการทางมานุษยวิทยาที่อ่อนแอนั้นมาเพื่ออธิบายว่าเราสามารถมีชีวิตอยู่ในยุคหรือส่วนใดของจักรวาลได้ ตัวอย่างเช่น บิ๊กแบงต้องเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 10 พันล้านปีก่อน จักรวาลคงมีอายุมากพอที่จะดาวฤกษ์บางดวงได้วิวัฒนาการจนเสร็จสิ้นและสร้างองค์ประกอบที่ประกอบเป็นเราขึ้นมา เช่น ออกซิเจน และคาร์บอน แต่ในขณะเดียวกัน อายุน้อยพอที่จะยังมีดวงดาว สามารถรองรับการดำรงอยู่ของชีวิตด้วยพลังของมันได้

ภายใต้สมมติฐานที่ไม่มีขอบเขต เราสามารถใช้กฎของไฟน์แมนเพื่อกำหนดตัวเลขให้กับแต่ละประวัติศาสตร์ของจักรวาลเพื่อพิจารณาว่าคุณสมบัติใดที่มีแนวโน้มว่าจะมีมากที่สุด ในบริบทนี้ หลักการมานุษยวิทยาปรากฏเป็นข้อกำหนดว่าเรื่องราวจะต้องมีชีวิตที่ชาญฉลาด แน่นอนว่า เราจะกังวลน้อยลงเกี่ยวกับหลักการทางมานุษยวิทยาหากสามารถแสดงให้เห็นได้ว่า จากโครงร่างเริ่มต้นต่างๆ มากมาย จักรวาลมีแนวโน้มที่จะพัฒนาในลักษณะที่จะสร้างโลกที่คล้ายกับโลกที่เราสังเกตเห็น นี่อาจหมายความว่าสถานะเริ่มต้นของส่วนหนึ่งของโลกที่เราอาศัยอยู่ไม่จำเป็นต้องได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวังเป็นพิเศษ.

นักวิทยาศาสตร์หลายคนไม่ชอบหลักมานุษยวิทยาเพราะมันดูคลุมเครือและไม่มีอำนาจในการทำนายมากนัก อย่างไรก็ตาม หลักการมานุษยวิทยาสามารถให้สูตรที่แม่นยำได้ และดูเหมือนว่าจำเป็นในการหารือเกี่ยวกับกำเนิดของจักรวาล ทฤษฎี M ที่กล่าวถึงในบทที่ 2 ช่วยให้เกิดประวัติศาสตร์จักรวาลได้หลากหลาย เรื่องราวเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่เหมาะกับการพัฒนาชีวิตที่มีสติปัญญา ว่างเปล่า สั้นเกินไป บิดเบี้ยวเกินไป หรือไม่เหมาะสมในทางอื่น ยิ่งกว่านั้นตามแนวคิดของ Richard Feynman เกี่ยวกับความหลากหลายทางประวัติศาสตร์ ตัวเลือกที่ไม่มีคนอาศัยอยู่เหล่านี้อาจมีความน่าจะเป็นสูงมาก

เรื่องราวของไฟน์แมน

ริชาร์ด ไฟน์แมนเกิดที่เมืองบรูคลิน รัฐนิวยอร์ก ในปี พ.ศ. 2461 ในปี พ.ศ. 2485 เขาได้รับปริญญาเอกภายใต้การดูแลของ John Wheeler ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน หลังจากนั้นไม่นาน เขาได้รับคัดเลือกให้เข้าร่วมในโครงการแมนฮัตตัน ไฟน์แมนมีชื่อเสียงจากบุคลิกที่ไม่สงบและมุขตลก (ในลอสอาลามอส เขาสร้างความสนุกสนานด้วยการเปิดตู้นิรภัยที่มีข้อมูลลับ) รวมทั้งเป็นนักฟิสิกส์ที่โดดเด่น เขากลายเป็นผู้พัฒนาทฤษฎีระเบิดปรมาณูคนสำคัญ แก่นแท้ของบุคลิกภาพของเขาคือความอยากรู้อยากเห็นที่ไม่รู้จักพอเกี่ยวกับโลกรอบตัวเขา มันไม่เพียงแต่กระตุ้นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ของเขาเท่านั้น แต่ยังนำไปสู่ความสำเร็จที่น่าทึ่ง เช่น การถอดรหัสอักษรอียิปต์โบราณอีกด้วย

หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ไฟน์แมนเสนอมุมมองใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 2508 เขาตั้งคำถามกับแนวคิดพื้นฐานคลาสสิกที่ว่าแต่ละอนุภาคมีประวัติเดียวเท่านั้น แต่เขาเสนอให้อนุภาคเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งตามเส้นทางที่เป็นไปได้ทั้งหมดในกาลอวกาศ ไฟน์แมนเชื่อมโยงตัวเลขสองตัวเข้ากับแต่ละวิถี: ตัวหนึ่งสำหรับขนาด (แอมพลิจูด) ของคลื่น และอีกตัวหนึ่งสำหรับเฟสของมัน (ตำแหน่งในวงจร - ยอดหรือรางน้ำ) ความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะเดินทางจากจุด A ไปยังจุด B ถูกกำหนดโดยการรวมคลื่นที่เกี่ยวข้องกับแต่ละเส้นทางที่เป็นไปได้จาก A ไป B

ในโลกในชีวิตประจำวัน วัตถุจะเคลื่อนที่จากจุดเริ่มต้นไปยังจุดสุดท้ายตามเส้นทางเดียวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้สอดคล้องกับแนวคิดของไฟน์แมนเกี่ยวกับประวัติศาสตร์หลายเรื่อง (โดยสรุปจากประวัติศาสตร์) เนื่องจากกฎของเขาในการกำหนดตัวเลขให้กับแต่ละเส้นทางสำหรับวัตถุขนาดใหญ่ทำให้มั่นใจได้ว่าเมื่อนำมารวมกัน การมีส่วนร่วมของทั้งหมดยกเว้นเส้นทางเดียวจะถูกยกเลิก มีเพียงเส้นทางเดียวในจำนวนอนันต์เท่านั้นที่สำคัญเมื่อเราพิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดมหึมา และเส้นทางนี้สอดคล้องกับเส้นทางที่ตามมาจากกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันแบบดั้งเดิมทุกประการ

ที่จริงแล้วไม่สำคัญว่าจะมีเรื่องราวกี่เรื่องที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาด เราสนใจเฉพาะส่วนย่อยที่ชีวิตที่ชาญฉลาดพัฒนาขึ้นเท่านั้น ไม่จำเป็นต้องเป็นอะไรเหมือนคน ชายชุดเขียวตัวน้อยก็ดีเช่นกัน บางทีพวกเขาอาจจะเหมาะสมกว่าด้วยซ้ำ เผ่าพันธุ์มนุษย์ไม่มีความสำเร็จอันชาญฉลาดมากมายนัก

เป็นตัวอย่างพลังของหลักการมานุษยวิทยา ให้พิจารณาจำนวนมิติของอวกาศ เป็นที่รู้กันดีจากการปฏิบัติว่าเราอาศัยอยู่ในอวกาศสามมิติ ซึ่งหมายความว่าตำแหน่งของจุดในอวกาศสามารถระบุได้ด้วยตัวเลขสามตัว เช่น ละติจูด ลองจิจูด และระดับความสูง แต่ทำไมอวกาศถึงเป็นสามมิติ? ทำไมไม่เป็นสอง ไม่ใช่สี่ หรือไม่ใช่มิติอื่น ๆ อย่างที่เกิดขึ้นในนิยายวิทยาศาสตร์ล่ะ? ในทฤษฎี M พื้นที่มีเก้าหรือสิบมิติ แต่หกหรือเจ็ดมิติเหล่านี้คิดว่าจะยุบลงเป็นมิติที่เล็กมากและมีเพียงสามมิติเท่านั้นที่มีขนาดใหญ่พอที่จะแบนโดยประมาณ (รูปที่ 3.11)

ทำไมเราไม่อยู่ในสถานการณ์ที่แปดมิติพังทลายลงและมีเพียงสองมิติเท่านั้นที่มองเห็นได้? สัตว์สองมิติจะย่อยอาหารได้ยาก หากทางเดินอาหารของพวกมันผ่านไป มันจะแยกสัตว์ออกเป็นสองส่วน และสิ่งมีชีวิตที่น่าสงสารก็จะแตกสลาย ดังนั้นมิติสองมิติจึงไม่เพียงพอสำหรับชีวิตที่ซับซ้อนและชาญฉลาด

ในทางกลับกัน หากมีมิติที่ "กางออก" สี่มิติขึ้นไป แรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองจะเพิ่มขึ้นเร็วขึ้นเมื่อพวกเขาเข้าใกล้ ซึ่งหมายความว่าจะไม่มีวงโคจรคงที่สำหรับดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์อาจจะตกลงบนดวงดาว (รูปที่ 3.12 ด้านบน) หรือหายไปในความมืดและความหนาวเย็นของอวกาศโดยรอบ (รูปที่ 3.12 ด้านล่าง)

ในทำนองเดียวกัน วงโคจรของอิเล็กตรอนในอะตอมจะไม่เสถียร และสสารที่เราคุ้นเคยก็ไม่มีอยู่จริง ดังนั้นในขณะที่แนวคิดของประวัติศาสตร์ที่หลากหลายอนุญาตให้มีการมีอยู่ของมิติที่เปิดเผยออกมาจำนวนเท่าใดก็ได้ มีเพียงสถานการณ์ที่มีสามมิติเท่านั้นที่สามารถมีสิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดได้ เฉพาะในสถานการณ์เหล่านี้เท่านั้นที่จะถูกถามคำถามว่า “ทำไมอวกาศจึงมีสามมิติ”

ประวัติศาสตร์ที่ง่ายที่สุดของจักรวาลในเวลาจินตภาพคือทรงกลมคล้ายกับพื้นผิวโลก แต่มีสองมิติเพิ่มเติม (รูปที่ 3.13)

ประวัติศาสตร์ที่ง่ายที่สุดไร้ขอบเขตในเวลาจินตภาพคือทรงกลม โดยจะกำหนดประวัติศาสตร์แบบเรียลไทม์ ซึ่งประสบกับการขยายตัวอย่างล้นหลาม

มันระบุตามเวลาจริงซึ่งเป็นหัวข้อของประสบการณ์ของเรา ซึ่งเป็นประวัติศาสตร์ที่จักรวาลเหมือนกันทุกจุดในอวกาศและขยายตัวตามเวลา ในแง่นี้มันคล้ายกับจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ อย่างไรก็ตาม อัตราการขยายตัวยังสูงมากและยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การขยายตัวที่เร่งขึ้นนี้เรียกว่าอัตราเงินเฟ้อเนื่องจากมีลักษณะคล้ายกับราคาที่เพิ่มขึ้นในอัตราเร่งที่ไม่เคยมีมาก่อน

อัตราเงินเฟ้อของราคามักจะถือเป็นสิ่งที่เป็นลบ แต่ในกรณีของจักรวาล มันมีประโยชน์มาก การพองตัวอย่างรุนแรงทำให้กลุ่มสสารต่างๆ ที่อาจก่อตัวในเอกภพยุคแรกเริ่มราบเรียบลง เมื่อจักรวาลขยายตัว มันจะยืมพลังงานจากสนามโน้มถ่วงเพื่อสร้างสสารมากขึ้น พลังงานเชิงบวกของสสารจะมีความสมดุลอย่างแน่นอนกับพลังงานความโน้มถ่วงที่เป็นลบ ดังนั้นความสมดุลของพลังงานทั้งหมดจึงเป็นศูนย์ เมื่อเอกภพมีขนาดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า พลังงานของสสารและแรงโน้มถ่วงก็จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเช่นกัน แต่ศูนย์สองเท่าก็ยังคงเป็นศูนย์ ถ้าโลกการธนาคารจะเรียบง่ายขนาดนี้ (รูปที่ 3.14)!

ข้าว. 3.14. จักรวาลเงินเฟ้อ

จักรวาลเงินเฟ้อ

ในแบบจำลองบิกแบงร้อน ในช่วงแรกของจักรวาล มีเวลาไม่เพียงพอสำหรับพลังงานความร้อนที่จะไหลจากบริเวณหนึ่งของจักรวาลไปยังอีกบริเวณหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เราสังเกตว่าอุณหภูมิของการแผ่รังสีพื้นหลังไมโครเวฟจะเท่ากันในทุกทิศทาง ซึ่งหมายความว่าในสถานะเริ่มต้นจักรวาลจะต้องมีอุณหภูมิเท่ากันทุกที่

ในความพยายามที่จะค้นหาแบบจำลองที่โครงร่างเริ่มต้นที่แตกต่างกันมากมายสามารถพัฒนาเป็นสิ่งที่คล้ายกับจักรวาลสมัยใหม่ มีการเสนอว่าเอกภพยุคแรกผ่านยุคของการขยายตัวอย่างรวดเร็วมาก การขยายตัวนี้เรียกว่าภาวะเงินเฟ้อ ซึ่งหมายความว่าจะเกิดขึ้นในอัตราที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ มากกว่าที่ความเร็วที่ช้าลง เหมือนกับการขยายตัวที่เห็นในปัจจุบัน การดำรงอยู่ของระยะพองตัวสามารถอธิบายได้ว่าทำไมจักรวาลจึงมีลักษณะเหมือนกันในทุกทิศทาง เนื่องจากแสงของเอกภพยุคแรกๆ มีเวลาเดินทางจากบริเวณหนึ่งของจักรวาลไปยังอีกบริเวณหนึ่ง

ประวัติศาสตร์ในช่วงเวลาจินตภาพสำหรับจักรวาลที่ยังคงขยายตัวตลอดไปในระบอบการปกครองที่ขยายตัวนั้นถือเป็นขอบเขตที่สมบูรณ์แบบ อย่างไรก็ตาม ในจักรวาลของเราเอง การขยายตัวแบบพองตัวช้าลงหลังจากเสี้ยววินาที และกาแลคซีก็เริ่มก่อตัว ในจินตนาการ หมายความว่าประวัติศาสตร์จักรวาลของเรามีลักษณะเป็นทรงกลมแบนเล็กน้อยที่ขั้วโลกใต้

ในกรณีที่ประวัติศาสตร์ของจักรวาลในเวลาจินตภาพเป็นทรงกลมในอุดมคติ ในเวลาจริงนั้นสอดคล้องกับประวัติศาสตร์ของจักรวาลซึ่งยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่องในโหมดพองตัว แม้ว่ามันจะพองตัว สสารก็ไม่สามารถควบแน่นและก่อตัวเป็นกาแล็กซี ดวงดาว และชีวิตได้ ไม่ต้องพูดถึงการพัฒนาสิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดเช่นเราด้วย ดังนั้นแม้ว่าประวัติศาสตร์ทรงกลมในอุดมคติของจักรวาลในเวลาจินตภาพจะได้รับอนุญาตจากแนวคิดเรื่องประวัติศาสตร์ที่หลากหลาย แต่ก็ไม่ได้น่าสนใจมากนัก เหมาะสำหรับเรามากกว่ามากคือประวัติศาสตร์ในช่วงเวลาจินตภาพซึ่งแบนเล็กน้อยที่ขั้วใต้ของทรงกลม (รูปที่ 3.15)

ในกรณีนี้ ประวัติเรียลไทม์ที่เกี่ยวข้องจะขยายในโหมดอัตราเงินเฟ้อแบบเร่งเฉพาะตอนเริ่มต้นเท่านั้น จากนั้นการขยายตัวจะเริ่มช้าลง และกาแล็กซีต่างๆ ก็สามารถก่อตัวได้ เพื่อให้ชีวิตที่ชาญฉลาดเกิดขึ้น ความโอ่อ่าที่ขั้วโลกใต้จะต้องอ่อนแอมาก นี่จะหมายความว่าจักรวาลจะขยายไปสู่ขนาดมหึมาในตอนแรก ระดับเงินเฟ้อทางการเงินที่สูงเป็นประวัติการณ์เกิดขึ้นในเยอรมนีระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง ซึ่งเป็นช่วงที่ราคาสูงขึ้นหลายพันล้านเท่า แต่ระดับเงินเฟ้อที่จักรวาลต้องเผชิญนั้นสูงกว่าอย่างน้อยหนึ่งพันล้านพันล้านเท่า (รูปที่ 3.16)

อัตราเงินเฟ้อในเยอรมนีเริ่มขึ้นหลังสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง และภายในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2463 ระดับราคาได้เพิ่มขึ้น 5 เท่าเมื่อเทียบกับปี พ.ศ. 2461 หลังจากเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2465 ระยะของภาวะเงินเฟ้อรุนแรงเริ่มต้นขึ้น ความเชื่อมั่นเรื่องเงินหายไป และภายใน 15 เดือน ดัชนีราคาก็เพิ่มขึ้นเร็วขึ้นเรื่อยๆ เกินความสามารถของโรงพิมพ์ซึ่งไม่สามารถตามทันการพิมพ์เงินในอัตราเดียวกับที่เสื่อมค่าลงได้ ภายในสิ้นปี พ.ศ. 2466 โรงงานกระดาษ 300 แห่งเปิดดำเนินการเต็มกำลังการผลิต และโรงพิมพ์ 150 แห่งมีเครื่องพิมพ์ 2,000 เครื่องที่ผลิตธนบัตรตลอดเวลา

เนื่องจากหลักการความไม่แน่นอน จักรวาลไม่ควรมีประวัติศาสตร์เดียวที่มีชีวิตอันชาญฉลาด ในทางตรงกันข้าม ชุดของประวัติศาสตร์ในเวลาจินตภาพก่อตัวเป็นทรงกลมที่มีรูปร่างผิดปกติเล็กน้อยทั้งตระกูล ซึ่งแต่ละทรงกลมสอดคล้องกับประวัติศาสตร์แบบเรียลไทม์ โดยมีการพองตัวของจักรวาลที่ยาวนานแต่ไม่สิ้นสุด อาจมีคนถามว่า: เรื่องใดที่ยอมรับได้เหล่านี้มีแนวโน้มมากที่สุด ปรากฎว่ามันไม่เรียบอย่างสมบูรณ์ แต่เป็นพื้นผิวที่มีการขึ้นและลงเล็กน้อย (รูปที่ 3.17)

ข้าว. 3.17 เรื่องราวที่น่าเหลือเชื่อและน่าเหลือเชื่อ

เรื่องราวราบรื่นเช่น กเป็นไปได้มาก แต่มีเพียงไม่กี่คนเท่านั้น

แม้ว่าเรื่องราวจะมีรูปร่างผิดปกติเล็กน้อยก็ตาม ขหรือ c เองนั้นมีโอกาสน้อยกว่า จำนวนของมันมีขนาดใหญ่มากจนเป็นไปได้มากว่าประวัติศาสตร์ของจักรวาลจะเผยให้เห็นการเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากความราบรื่น

จริงอยู่ ระลอกคลื่นเหล่านี้ในเรื่องที่เป็นไปได้มากที่สุดแทบจะมองไม่เห็นเลย การเบี่ยงเบนไปจากพื้นผิวเรียบนั้นมีมากถึงหนึ่งในแสน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีขนาดเล็กมาก แต่เราสังเกตได้ว่าเป็นการแปรผันเล็กน้อยของรังสีไมโครเวฟที่มาจากทิศทางต่างๆ ในอวกาศ ดาวเทียม Cosmic Background Explorer (COBE) ซึ่งเปิดตัวในปี 1989 ทำแผนที่ท้องฟ้าในช่วงไมโครเวฟ

แผนที่ของท้องฟ้าทั้งหมดที่ได้รับจากเครื่องมือ NAME บนดาวเทียม COBE กล่าวถึงการมีอยู่ของไทม์พับ

สีบ่งบอกถึงความแตกต่างของอุณหภูมิ โดยช่วงทั้งหมดจากสีแดงถึงสีน้ำเงินสอดคล้องกับการแพร่กระจายเพียงหนึ่งหมื่นองศา ความแตกต่างระหว่างบริเวณต่างๆ ของเอกภพยุคแรกๆ ก็เพียงพอแล้วสำหรับแรงโน้มถ่วงส่วนเกินในบริเวณที่หนาแน่นกว่าเพื่อหยุดความไม่มีที่สิ้นสุด การขยายตัวและทำให้เกิดการอัดตัวภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของตัวเอง นำไปสู่การก่อตัวของกาแลคซีและดวงดาว ตามหลักการแล้ว แผนที่ COBE ไม่มีอะไรมากหรือน้อยไปกว่าพิมพ์เขียวของโครงสร้างทั้งหมดในจักรวาล

อนาคตจะเป็นอย่างไรสำหรับประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้มากที่สุดของจักรวาลที่เข้ากันได้กับการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาด? มีตัวเลือกต่างๆ มากมาย ขึ้นอยู่กับปริมาณสสารในจักรวาล หากมีค่ามากกว่าค่าวิกฤต แรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงระหว่างกาแลคซีจะช้าลงและหยุดการขยายตัวในที่สุด จากนั้นพวกเขาก็จะเริ่มตกลงเข้าหากันและมาบรรจบกันใน Big Crunch ซึ่งจะเป็นการสิ้นสุดประวัติศาสตร์ของจักรวาลแบบเรียลไทม์ (รูปที่ 3.18)

สถานการณ์หนึ่งที่เป็นไปได้สำหรับการสิ้นสุดของจักรวาลคือ Big Crunch ซึ่งเป็นความหายนะครั้งใหญ่เมื่อสสารทั้งหมดถูกดูดเข้าไปในบ่อแรงโน้มถ่วง

หากความหนาแน่นของเอกภพต่ำกว่าค่าวิกฤติ แรงโน้มถ่วงก็อ่อนเกินไปที่จะป้องกันไม่ให้กาแลคซีแยกจากกันตลอดไป ดวงดาวทั้งหมดจะดับลง และจักรวาลก็จะว่างเปล่าและเย็นลงมากขึ้น ดังนั้นที่นี่ทุกอย่างก็จะจบลงเช่นกันแม้ว่าจะไม่ดราม่ามากนักก็ตาม ไม่ว่าในกรณีใด จักรวาลก็จะคงอยู่ไปอีกหลายพันล้านปี (รูปที่ 3.19)

เสียงหอนเย็นยะเยือกที่ทุกสิ่งค้างและดาวดวงสุดท้ายดับลง ทำให้เชื้อเพลิงสำรองหมด

นอกจากสสารแล้ว จักรวาลยังสามารถมีสิ่งที่เรียกว่าพลังงานสุญญากาศ ซึ่งปรากฏแม้ในอวกาศที่ดูเหมือนว่างเปล่า ตามสมการอันโด่งดังของไอน์สไตน์ อี = mc2พลังงานสุญญากาศมีมวล ซึ่งหมายความว่ามันมีอิทธิพลโน้มถ่วงต่อการขยายตัวของจักรวาล อย่างไรก็ตาม ค่อนข้างน่าทึ่งที่ผลกระทบของพลังงานสุญญากาศนั้นตรงกันข้ามกับผลของสสารทั่วไป สารจะชะลอการขยายตัวและสามารถหยุดและย้อนกลับได้ในที่สุด ในทางกลับกัน พลังงานสุญญากาศจะเร่งการขยายตัวเช่นเดียวกับอัตราเงินเฟ้อ ในความเป็นจริง มันทำหน้าที่เหมือนกับค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาทุกประการ ตามที่กล่าวไว้ในบทที่ 1 ไอน์สไตน์ได้เพิ่มสมการดั้งเดิมของเขาในปี 1917 เมื่อเขาตระหนักว่าสมการไม่ยอมรับวิธีแก้ปัญหาที่สอดคล้องกับจักรวาลที่นิ่งอยู่ หลังจากที่ฮับเบิลค้นพบการขยายตัวของจักรวาล พื้นฐานของการเพิ่มค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาให้กับสมการก็หายไป และไอน์สไตน์ก็ละทิ้งสิ่งนี้เนื่องจากเป็นข้อผิดพลาด

อย่างไรก็ตาม มันอาจไม่ใช่ความผิดพลาดเลยก็ได้ ตามที่กล่าวไว้ในบทที่ 2 ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าทฤษฎีควอนตัมระบุว่ากาลอวกาศเต็มไปด้วยความผันผวนของควอนตัม ในทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวด พลังงานบวกและลบที่ไม่สิ้นสุดของความผันผวนของสถานะพื้นเหล่านี้จะถูกทำให้เป็นกลางร่วมกันโดยอนุภาคที่มีการหมุนต่างกัน แต่เราไม่สามารถคาดหวังได้ว่าพลังงานบวกและลบจะหักล้างกันอย่างแม่นยำจนไม่มีพลังงานสุญญากาศเหลืออยู่เพียงเล็กน้อย เนื่องจากจักรวาลไม่ได้อยู่ในสถานะสมมาตรยิ่งยวด สิ่งเดียวที่น่าประหลาดใจก็คือพลังงานนี้ใกล้ศูนย์มากจนไม่เคยถูกตรวจพบมาก่อน บางทีนี่อาจเป็นการสำแดงหลักการมานุษยวิทยาอีกประการหนึ่ง ประวัติศาสตร์ที่มีพลังงานสุญญากาศมากกว่านั้นจะไม่ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของกาแลคซีและจะไม่มีสิ่งมีชีวิตที่ถามคำถามว่า "เหตุใดพลังงานสุญญากาศจึงมีคุณค่าอย่างที่เราสังเกตเห็น"

ปริมาณของสสารและพลังงานสุญญากาศในจักรวาลสามารถกำหนดได้โดยวิธีการสังเกตต่างๆ และผลลัพธ์สามารถนำเสนอเป็นแผนภาพ โดยความหนาแน่นของสสารถูกพล็อตตามแกนนอน และพลังงานสุญญากาศถูกพล็อตตามแกนตั้ง . เส้นประแสดงขอบเขตของภูมิภาคที่สิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดสามารถพัฒนาได้ (รูปที่ 3.20)

ด้วยการรวมการสังเกตซูเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลและการแผ่รังสีไมโครเวฟคอสมิกเข้ากับข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวของสสารในจักรวาล ทำให้สามารถระบุพลังงานสุญญากาศและความหนาแน่นของสสารในจักรวาลได้ด้วยความแม่นยำสูงมาก

แม้จะสรุปสั้นๆ ฉันก็ถือว่าตัวเองเป็นผู้ปกครองพื้นที่อันกว้างใหญ่

ว. เชคสเปียร์.แฮมเล็ต องก์ที่ 2 เซียนา 2

การสังเกตการณ์ซุปเปอร์โนวา กระจุกดาราจักร และพื้นหลังไมโครเวฟยังกำหนดพื้นที่ของพวกมันในแผนภาพนี้ด้วย โชคดีที่ทั้งสามพื้นที่มีการทับซ้อนกัน หากความหนาแน่นของสสารและพลังงานสุญญากาศตกลงไปที่จุดตัดนี้ แสดงว่าการขยายตัวของเอกภพได้เริ่มเร่งความเร็วขึ้นอีกครั้งหลังจากการชะลอตัวเป็นเวลานาน ดูเหมือนว่าเงินเฟ้ออาจเป็นกฎธรรมชาติ

ในบทนี้ เราได้แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมเชิงพื้นที่ของจักรวาลสามารถอธิบายในแง่ของประวัติศาสตร์ในเวลาจินตภาพซึ่งเป็นทรงกลมเล็ก ๆ ที่แบนเล็กน้อยได้อย่างไร บางอย่างเช่น Hamlet's Shell เฉพาะทุกสิ่งที่เกิดขึ้นแบบเรียลไทม์เท่านั้นที่ถูกเข้ารหัสด้วยน็อตนี้ แฮมเล็ตพูดถูกอย่างแน่นอน สรุปได้ว่าเราสามารถปิดล้อมเราไว้ได้และยังคงถือว่าตนเองเป็นราชาแห่งจักรวาลอันไม่มีที่สิ้นสุด

จากหนังสือ The Conjuring of Faun ผู้เขียน โทมิลิน อนาโตลี นิโคลาวิช

จากหนังสือ Living Crystal ผู้เขียน เกกูซิน ยาโคฟ เอฟเซวิช

บทที่ 3 การค้นพบครั้งยิ่งใหญ่ นับตั้งแต่วินาทีที่เออร์สเตดค้นพบอิทธิพลของกระแสไฟฟ้าบนเข็มแม่เหล็ก นักวิจัยเริ่มถูกหลอกหลอนด้วยความคิด: "เป็นไปได้ไหมที่จะแก้ปัญหาผกผัน: แปลงแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า" ในฝรั่งเศสพวกเขาสับสนกับปัญหานี้

จากหนังสือเจ้าชายจากดินแดนแห่งเมฆ ผู้เขียน กัลฟาร์ คริสตอฟ

บทที่ 4 “แสงรัสเซีย” “การใช้พลังงานไฟฟ้าในรัสเซียได้รับการพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่อุตสาหกรรมไฟฟ้าในรัสเซียยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้” นี่เป็นข้อความจากหนังสือเล่มหนาของศาสตราจารย์อาเธอร์ วิลค์

จากหนังสือ The World in a Nutshell [ป่วย. หนังสือนิตยสาร] ผู้เขียน ฮอว์คิง สตีเฟน วิลเลียม

บทที่ 1 เกี่ยวกับแนวทางสู่ GOELRO กิจการของ Siemens และ Halske ซึ่งได้รับการกล่าวถึงในหนังสือของศาสตราจารย์ Arthur Wilke ผู้มีเกียรติ กระจัดกระจายไปตามเมืองต่างๆ แต่โรงงานวิศวกรรมไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในรัสเซีย (มีพนักงานมากถึง 150 คน) ตั้งอยู่บนเกาะ Vasilyevsky

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 2 เวลาแห่งความสำเร็จ วันนี้มีการพูดคุยกันมากมายเกี่ยวกับการได้รับพลังงานด้วยความช่วยเหลือของดวงอาทิตย์ ลม คลื่นทะเล การดึงพลังงานจากส่วนลึกโดยใช้ความร้อนภายในของโลก การควบคุมกระแสน้ำในทะเล และการเคลื่อนตัวของพลังงาน พืชที่อยู่นอกชั้นบรรยากาศ แต่สำหรับตอนนี้...

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 18 มอเตอร์ไซค์อากาศลอยต่ำมาก เหนือเมฆสิบเมตร ทอมและทริสตัมที่อยู่ต่ำกว่านั้นสามารถมองออกไปนอกชายฝั่งของเกาะภูเขาไฟได้ “อย่ายิง!” - ย้ำทหารในชุดเสื้อกันฝน - และกักขังพวกมันไว้! ทหารเทลงบนท่าเรือและเริ่มยิงแมลงปอ

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 1 ทริสตัมและทอมบินได้สูงมาก สูงกว่าเมฆที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมาก เวลาผ่านไปกว่าหนึ่งชั่วโมงนับตั้งแต่พวกเขาทิ้งม่านน้ำแข็งซึ่งกองทหารของทรราชล้มลงบนเมอร์ทิลวิลล์ ท้องฟ้าที่นี่แตกต่างไปจากที่อยู่เหนือเมืองของพวกเขา:

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 7 หลายชั่วโมงผ่านไป ทริสทัมและทอมนอนบนเตียงแข็งในห้องขังที่มืดและไม่มีหน้าต่าง พลิกและพลิกจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งอยู่ตลอดเวลา ทันทีที่เสียงขลุ่ยหยุดลง ชายชราก็หลับไปทันที พึมพำอะไรบางอย่างที่ไม่ได้ยินในขณะหลับ ทอมเริ่มตัวสั่นอีกครั้ง ฉันเข้าใจทริสทัมแล้ว

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 8 ควันหนาทึบไหลออกมาจากปล่องไฟผสมกับอากาศยามเช้าที่เย็นและชื้น ตุ๊กตาหิมะประจำการอยู่ที่สี่แยกทุกแห่งในใจกลางเมืองหลวงสีขาว พวกเขาดูเหมือนเจ้าหน้าที่บังคับใช้กฎหมายน้อยลง แต่ดูเหมือนกองกำลังอาชีพทริสตัมและทอมมากกว่า

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 9 ค่ำคืนตก มีความเงียบงันอยู่นอกหน้าต่าง ทริสตัมหลับไป ถัดจากเขาโดยมีหนังสือที่เปิดอยู่บนท้องของเขา ทอมกำลังนอนหลับ จมอยู่กับความฝันเกี่ยวกับอนาคต ที่ด้านหลังห้อง นอนเหยียดยาวอยู่บนที่นอน มีตำรวจคนหนึ่งกำลังกรน คนที่สองนั่งอยู่บนบันไดซึ่งบัดนี้ยืนอยู่ใกล้แล้ว

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 10 ทริสตัมเฝ้าดูเงาอย่างระมัดระวัง เธอกำลังมุ่งหน้าตรงไปยังหน่วยลาดตระเวนของทหาร “เขาจะไม่ผ่านที่นั่น!” - ทริสทัมกังวล แต่ชายถือกระเป๋าเป้คงรู้ด้วยตัวเอง เขาปีนขึ้นไปบนกำแพงและกระโดดจากหลังคาหนึ่งไปอีกหลังคาเหมือนแมวดำ

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 11 เช้าวันรุ่งขึ้น ทันทีที่เด็ก ๆ ตื่นขึ้น ตำรวจก็พาพวกเขาลงไปที่ทางเดินใต้ดิน โชคดีที่อุโมงค์แคบๆ ที่เราต้องเคลื่อนย้ายเป็นแถวๆ นั้นสะอาดและแห้ง “อีกนานแค่ไหน?” - ทริสตัมถามเมื่อเดินได้ประมาณสิบเมตร - ชู่ว! - กระซิบ

จากหนังสือของผู้เขียน

Stephen Hawking The World in a Nutshell คำนำ ฉันไม่เคยคาดหวังว่าหนังสือสารคดีของฉัน A Brief History of Time จะประสบความสำเร็จขนาดนี้ หนังสือยังคงอยู่ในรายชื่อหนังสือขายดีของ London Sunday Times มานานกว่าสี่ปี ซึ่งนานกว่าหนังสือเล่มอื่นๆ