Книга за пространството и времето след лекциите, които изнесох в Харвард през 1982 г. За ранната

вана, става много гореща и започва да излъчва рентгенови лъчи (фиг. 6.3). За да работи този механизъм, невидимият обект трябва да е много малък, например да е бяло джудже, неутронна звезда или черна дупка. От наблюдаваната орбита на видимата звезда може да се определи най-ниската възможна маса на невидимия обект. В случая с Лебед Х тя е около 6 пъти масата на Слънцето, която според резултата на Чандрасекар е твърде голяма, за да може видимият обект да е бяло джудже. Масата е твърде голяма и за неутронна звезда. Оттук следва, че вероятно е черна дупка.
Съществуват и други модели за обясняване на Лебед Х, които не включват черна дупка, но всичките са прекалено умозрителни. Изглежда, че черната дупка е единственото наистина реално обяснение на наблюденията. И въпреки това аз се хванах на бас с Кип Торн от Калифорнийския технологичен институт, че фактически Лебед Х не съдържа черна дупка Това е нещо като застрахователна полица за мен. Хвърлил съм много труд почерните дупки и всичко би било напразно, ако се окаже, че черните дупки не съществуват. А в такъв случай бих имал утехата, че съм спечелил баса, който щеше дами осигури четиригодишен абонамент за списанието „Прайвит ай. Ако черните дупки съществуват, Кип щеше да спечели едногодишен абонамент за
„Пентхауз“. Когато се обзаложихме през 1975 г, бяхме сигурни 80%, че Лебед е черна дупка. Засега бих казал, че вече сме сигурни 95%, но басът си остава.
Вече имаме доказателство за няколко черни дупки в системи като Лебед Х в нашата Галактика и в двете съседни галактики, наречени Магеланови облаци. Броят начерните дупки обаче е почти сигурно много по-голям; в продължителната история на Вселената много са звездите, които трябва да са изразходвали ядреното си гориво и трябва да колапсират. Броят начерните дупки може бие дори по-голям отброя на видимите звезди, които само в нашата Галактика са общо 10 11
. Допълнителното гравитационно привличане от

такъв голям брой черни дупки би могло да обясни скоростта на въртене на нашата Галактика само масата на видимите звезди е недостатъчна затова. Имаме и известни доказателства, че съществува една много по-голяма черна дупка с маса около 100 000 пъти масата на Слънцето в центъра на нашата Галактика. Ако някои звезди в Галактиката се приближат твърде близо до тази черна дупка, ще бъдат разкъсани от разликата между гравитационните сили за близките и далечните им страни. Техните останки и газът, изхвърлен от други звезди, ще падат към черната дупка. Както при Лебед Х газът ще се движи навътре поспирала и ще се загрява, макари не в такава степен. Той няма да стане достатъчно горещ, за да излъчва рентгенови лъчи, но би могъл да обясни твърде компактния източник на радиовълни и инфрачервени лъчи, наблюдаван в галактическия център.
Предполага сече в центъра на квазарите съществуват подобни, но много по-големи черни дупки с маси около 10 8
слънчеви маси. Веществото, попаднало в такава свръхмасивна черна дупка, осигурява единствения източник на мощност, достатъчно голям, за да обясни невероятното количество енергия, излъчвано от тези обекти. С движението си поспирала към черната дупка веществото ще накара черната дупка да се върти в същата посока, с което ще създаде магнитно поле, твърде подобно наземното. Падащата навътре материя ще породи близо до черната дупка частици с много висока енергия. Магнитното поле ще е толкова силно, че ще фокусира тези частици в струи, изхвърляни навън поостана въртене на черната дупка, те. в направление на нейния северен и южен полюс. Такива струи наистина са наблюдавани в някои галактики и квазари.
Съществува и възможността да има черни дупки с маса, много по-малка от слънчевата. Такива черни дупки не биха могли да се образуват при гравитационен колапс, понеже техните маси са под границата на Чандрасекар: звездите с такава малка маса успяват да устоят на гравитационната сила Дори след като са изразходвали ядреното си гориво. Черни Дупки с малка маса могат да се образуват само ако материята бъде свита до невероятна плътност под въздействие на много голямо външно налягане. Такива условия могат да настъпят в една много голяма водородна бомба физикът Джон Уилър бе пресметнал, че ако вземем цялата тежка вода от световните океани, можем да направим водородна бомба, която така да свие материята в центъра, чеда образува черна дупка. (Разбира се, никой няма да оцелее за да я види) Една по-реална възможност е такива черни дупки с малка маса да са били образувани при високите температури и налягания на съвсем ранната Вселена. Черните дупки биха се образували само ако ранната Вселена не е била идеално гладка и еднородна, защото само една малка област, по-плътна от средното, би могла да се свие, за да образува черна дупка. Но ние знаем, че вероятно е имало някои неправилности, тъй като в противен случай материята във Вселената щеше и сега да е идеално равномерно разпределена, а нямаше да е групирана в звезди и галактики.
Дали неправилностите, изисквани за обясняване на звездите и галактиките, биха довели до образуването на значителен брой първични черни дупки, несъмнено зависи от детайлите в състоянието на ранната

Вселена. Така че, ако бихме могли да определим колко първични черни дупки има сега, ще научим доста за съвсем ранните стадии на Вселената. Първични черни дупки с маса повече от 10 9
тона (масата на голяма планина) могат да се открият само по гравитационното им влияние върху друга, видима материя или върху разширението на Вселената. Но както ще научим в следващата глава, черните дупки всъщност не са наистина черните светят като горещо тяло и колкото по-малки са, толкова по-силно светят. Колкото и парадоксално да е, фактически ще се окаже, че е по-лесно да откриеш малка, отколкото по-голяма черна дупка. ЧЕРНИТЕ ДУПКИ НЕ СА ТОЛКОВА ЧЕРНИ
През 1970 г. моите изследвания върху общата теория на относителността бяха съсредоточени главно върху въпроса, имало ли е или не сингулярност в Големия взрив. Но една вечер през ноември тази година, малко след раждането на дъщеря ми Луси, започнах да си мисля зачерните дупки, докато се готвех да си легна. Поради недъга ми този процес е твърде бавен, така че имах време колкото си искам. Тогава все още нямаше точна дефиниция на това, кои точки в пространство-времето лежат в черна дупка и кои извън нея. Вече бях обсъждал с Роджър Пенроуз идеята за дефиниране на черна дупка като множество от събития, от които не е възможно да се избяга далеч — вече едно общоприето определение. То означава, че границата на черната дупка, хоризонтът на събития, се образува от пътищата на светлинните лъчи в пространство-времето, които вече не могат да избягат от черната дупка и започват вечно да кръжат по нейния ръб (фиг. 7.1). Все едно да бягаш от полицай ида успяваш да запазиш крачка дистанция, но да не можеш да му убегнеш!
Изведнъж осъзнах, че пътищата на тези светлинни лъчи никога не могат да се сближат. Ако можеха, те трябваше Накрая да се влеят един в друг. Все едно да срещнеш някой, който бяга от полицая в противоположна посока — и двамата ще ви хванат (Или в този случай — ще паднете в черна дупка) Но ако тези светлинни лъчи бяха погълнати от черната дупка, те нямаше да сана границата на черната дупка. Следователно пътищата на светлинните лъчи в хоризонта на събитията трябваше винаги да са успоредни или раздалечени помежду си. Друг начин да погледнем на въпроса е, че хоризонтът на събития, границата на черната дупка, е като края на сянка — сянката на неизбежна гибел. Ако погледнете сянката, хвърлена от източник на голямо разстояние например Слънцето, ще видите, че в края светлинните лъчи не се приближават един към друг.

След като светлинните лъчи, образуващи хоризонта на събития, границата на черната дупка, не могат никога да се сближат, вероятно площта на хоризонта на събития остава една и съща или нараства с времето, но никога не може да намалява, защото това би означавало поне някои от светлинните лъчи на границата да се сближават. Всъщност площта ще нараства във всички случаи, когато в черната дупка попадне материя или излъчване (фиг. 7.2). Или пък, ако две черни дупки се сблъскат и се слеят в една, площта на хоризонта на събития за получената черна дупка ще бъде по-голяма или равна на сумата от площите на хоризонтите на събития на първоначалните черни дупки (фиг. 7.3). Това ненамаляващо свойство на площта на хоризонта на събития поставя едно съществено ограничение върху възможното поведение начерните дупки. Бях толкова развълнуван от своето откритие, чене ме хвана сън. На следната сутрин звъннах на Роджър Пенроуз. Той се съгласи с мен. Струва ми сече той всъщност се досещаше затова свойство на площта. Но той работеше с малко по-различна дефиниция зачерните дупки. Не разбираше, че границите на черната дупка според двете дефиниции ще са едни и същи, а оттам и техните площи, при условие че черната дупка е стигнала до състояние, в което не се променя с времето.
Свойството на площта на черната дупка да не намалява много напомня поведението на една физична величина, наречена ентропия, която е мярка за степента на безредие в една система. От опит знаем, че хаосът нараства, ако оставим нещата сами на себе си. (Достатъчно е да престанете да се занимавате с ремонт вкъщи, за да се убедите) Можем да създадем ред от хаоса (например да боядисваме, но това изисква усилия, разходна енергия и затова намалява количеството налична енергия на реда.
Точната формулировка на тази идея се нарича втори законна термодинамиката. Според него ентропията на една изолирана система винаги нараства, а когато съберем две системи в една, ентропията на обединената система става по-голяма от сумата от ентропиите на отделните системи. Да разгледаме например система от газови молекули в една кутия. Можем да си представим молекулите като малки билярдни топки, които непрекъснато се сблъскват помежду си и отскачат от стените на кутията. Колкото по-висока е температурата на газа, толкова по-бързо се движат молекулите и поради това толкова почести и по-силни са ударите им върху стените на кутията и толкова

по-високо налягането им върху стените. Да предположим, че първоначално всички молекули са затворени с помощта на преграда в лявата частна кутията. Ако след това махнем преградата, молекулите ще се стремят да се разстелят ида заемат и двете половини на кутията. На някакъв по-късен етап всичките могат случайно да се окажат в дясната половина или в задната лява половина, но е несравнимо по-вероятно броят им в двете половини да е почти еднакъв. Такова състояние е с по-малък редили с по-голямо безредие в сравнение с първоначалното състояние, при което всички молекули са в едната половина. Поради това казваме, че ентропията на газа е нараснала. Да започнем от две кутии — едната с молекули кислорода другата с молекули азот. Ако съберем двете кутии и махнем междинната стена, молекулите кислороди азот ще започнат да се смесват. След известно време най-вероятното състояние ще бъде една сравнително еднородна смес от кислородни и азотни молекули в двете кутии. Това състояние е по-малко подредено, а следователно има по- висока ентропия в сравнение с първоначалното състояние на двете отделни кутии.
Вторият законна термодинамиката заема твърде различно място в сравнение с останалите научни закони като закона на Нютон за гравитацията, тъй като той не важи във всички случаи, а само в огромното болшинство случаи.
Вероятността всички газови молекули от първата кутия да се окажат в едната половина на кутията в по-късен момент е едно на милиони, но все пак съществува. Ако наоколо има черна дупка обаче, изглежда, ще е много по- лесно да се наруши вторият закон достатъчно е да хвърлим някакво вещество с голяма ентропия, например кутията с газ, в черната дупка. Общата ентропия на материята извън черната дупка ще стане по-малка. Въпреки това пак можем да кажем, че общата ентропия, включително ентропията вътре в черната дупка, не е станала по-малка, но тъй като няма как да погледнем в черната дупка, не можем да видим колко е ентропията на материята в нея. Значи няма да е зле, ако черната дупка има някаква характеристика, но която наблюдателите извън нея да могат да определят нейната ентропия и която да нараства винаги когато в черната дупка попада материя, носеща ентропия. След откритието, описано по-горе, че площта на хоризонта на събития нараства винаги когато в черната дупка попадне материя, аспирантът в Принстън Джейкъб Бекенстейн предположи, че площта на хоризонта на събития е мярка за ентропията на черната дупка. С попадането на материя, носеща ентропия в черната дупка, площта на нейния хоризонт на събития нараства, така че сумата от ентропията на материята извън черната дупка и площта на хоризонтите никога не може да стане по-малка.
Това предположение, изглежда, в повечето случаи не допуска нарушаването на втория законна термодинамиката. Но има един фатален недостатък. Ако черната дупка има ентропия, то тя трябва да има и температура. А тяло с определена температура би трябвало в някаква степен да излъчва. Всеизвестно е, че когато пъхнем ръжена в огнището, той се нажежава до червено и започва да излъчвано и телата с по-ниска температура също излъчват човек просто не забелязва това, защото

количеството е сравнително малко. Това излъчване се изисква с оглед да не се нарушава вторият законна термодинамиката. Следователно черните дупки би трябвало да излъчват. Но по дефиниция черните дупки са обекти, за които не се предполага да излъчват каквото ида било. Ето защо не можем да разглеждаме площта на хоризонта на събития на една черна дупка като ентропия. През 1971 г. заедно с Брандън Картър и американския колега Джим
Бардийн написахме един труд, в който посочихме, че макар да има голямо сходство между ентропията и площта на хоризонта на събития, съществува тази очевидно фатална трудност. Трябва да призная, че при писането на този труд мотивацията ми отчасти бе обусловена от раздразнението ми от
Бекенстейн, който според мен беше приложил погрешно моето откритие за нарастването на площта на хоризонта на събития. Оказа се обаче, че той е бил принципно прав, макари по начин, който сигурно не е очаквал.
През 1973 г, докато бях на посещение в Москва, обсъждахме въпроса зачерните дупки с двама водещи съветски специалисти — Яков Зелдович и Александър Старобински. Теме убедиха, че съгласно принципа на неопределеността от квантовата механика въртящите се черни дупки би трябвало да създават и излъчват частици. Повярвах на физическите им аргументи, но неми хареса математическият път, по който изчисляват излъчването. Затова се заех да намеря по-подходяща математическа трактовка, която описах на един неформален семинар в Оксфорд в края на ноември 1973 г. По това време още не бях направил изчисленията, за да намеря какво ще бъде излъчването. Очаквах да открия точно това излъчване, предсказано от Зелдович и Старобински завъртящи се черни дупки. Но когато направих изчислението, установих с учудване и яд, че даже невъртящи се черни дупки очевидно трябва да създават и излъчват частици с постоянна скорост. Първоначално сметнах, че това излъчване показва невалидността наедно от използваните от мен приближения. Уплаших сече ако Бекенстейн разбере, ще го използва като още един аргумент в полза на своята идея за ентропията начерните дупки, която продължавах да не харесвам. Но колкото повече размишлявах, толкова повече се убеждавах, че приближенията наистина трябва да важат. Това, което окончателно ме убеди, че излъчването е действително, бе спектърът на излъчените частици — той беше точно такъв, какъвто се излъчва от горещо тяло — и че черната дупка излъчва частици точно така, за да предотврати нарушаването на втория закон. По-късно и други повториха по различни начини изчисленията. Всички потвърдиха, че една черна дупка трябва да излъчва частици и лъчение, както ако беше горещо тяло с температура, зависеща само от масата на черната дупка колкото по-голяма е масата, толкова по-ниска ще е температурата.
Как е възможно черна дупка да излъчва частици, когато знаем, че нищо не може да избяга от нейния хоризонт на събития Отговорът, казва квантовата теория, е, че частиците не идват от вътрешността на черната дупка, а от празното пространство извън хоризонта на събития на черната дупка Можем да разберем това последния начин пространството, което приемаме като празно, не е съвсем празно, защото това ще значи, че всички полета, например гравитационното и електромагнитното, ще трябва да са точно

нулеви. Но стойността наедно поле и неговата скоростна изменение с времето сакато скоростта и положението на една частица принципът на неопределеността твърди, че колкото поточно знаем едната от тези две величини, толкова по-неточно ще знаем другата. Така че в празното пространство полето не може да бъде фиксирано точно на нулата, защото тогава би имало точна стойност (нула) и точна скоростна изменение (също нула. Трябва да има някакво минимално количество на неопределеност или квантови флуктуации в стойността на полето. Бихме могли да си представим тези флуктуации като двойка частици светлина или гравитация, които се явяват едновременно в някакъв момент, раздалечават се и после отново се сближават и анихилират една друга. Тези частици са виртуални, подобно на частиците, носещи гравитационното действие на Слънцето за разлика от реалните частиците не могат да се наблюдават директно с детекторна частици. Но техните косвени влияния, като например малките изменения в енергията на електронните орбити в атома, могат да се измерят и се съгласуват изключително точно с теоретичните предсказвания. Освен това принципът на неопределеността предсказва съществуването на подобни виртуални двойки от материални частици като електроните и кварките. В този случай обаче единият член на двойката ще е частица, а другият античастица (античастиците на светлината и гравитацията са еднакви с частиците).
Понеже енергията не може да се създава от нищо, единият от партньорите в двойката частица/античастица ще има положителна енергия, а другият — отрицателна. Този с отрицателна енергия е обречен да бъде краткоживееща виртуална частица, тъй като в нормални условия реалните частици имат винаги положителна енергия. Поради това той ще търси партньора си и ще анихилира с него. Но близо до едно масивно тяло една реална частица има по-малка енергия, отколкото ако е по-далече, защото ще е необходимо да поеме енергия, за да се отдалечи, преодолявайки гравитационното привличане на тялото. Обикновено енергията на частиците остава положителна, но гравитационното поле във вътрешността на една черна дупка е толкова силно, че там дори иреалната частица може да има отрицателна енергия. Поради това е възможно, ако съществува черна дупка, виртуалната частица с отрицателна енергия да падне в нея ида се превърне в реална частица или античастица. Тогава вече няма да анихилира със своя партньор. Нейният изоставен партньор също може да падне в черната дупка. Или пък, притежавайки положителна енергия, може да избяга от околността на черната дупка във видна реална частица или античастица (фиг. 7.4). На далечен наблюдател ще му се стори, че тя е била излъчена от черната дупка. Колкото по-малка е черната дупка, толкова по-късо ще е разстоянието, което частицата с отрицателна енергия ще трябва да измине, преди да се превърне в реална частица, а следователно толкова по-голямо ще е излъчването и видимата температура на черната дупка.

Положителната енергия на освобождаваното излъчване ще се балансира от поток частици с отрицателна енергия към черната дупка. От уравнението на Айнщайн E = mc² (където _E е енергията, m е масата, а c е скоростта на светлината) енергията е пропорционална на масата. Ето защо потокът от отрицателна енергия към черната дупка ще намали масата й. Когато черната дупка губи маса, площта на хоризонта й на събития става по-малка, но това намаление в ентропията на черната дупка е повече от компенсирано от ентропията на освободеното излъчване, така че вторият закон никога не се нарушава.
Освен това, колкото по-малка е масата на черната дупка, толкова по- висока е нейната температура. Така че, когато черната дупка губи маса, нейната температура и скоростна излъчване нарастват и тя започва по-бързо да губи маса. Какво става, когато масата на черната дупка стане изключително малка, не е съвсем ясно, но най-разумното предположение е, че тя напълно ще изчезне в един гигантски последен взрив, равностоен на експлозията на милиони водородни бомби.
Температурата на една черна дупка с маса няколко пъти слънчевата би трябвало да е само с десет милионни от градуса по-висока от абсолютната нула. Тя е много по-ниска от температурата на микровълновото лъчение, изпълващо Вселената (около 2,7° над абсолютната нула, така че черните дупки винаги излъчват по-малко, отколкото поглъщат. Ако съдбата на

Вселената е да продължава да се разширява вечно, температурата на микровълновото лъчение накрая ще спадне под температурата на такава черна дупка и тя ще започне да губи маса. Но дори и тогава нейната температура ще бъде толкова ниска, че ще са необходими приблизително 10 66
години, за да се изпари напълно. Този срок е много по-дълъг от възрастта на Вселената, която е едва 1×10 10
— 2×10 10
години. От друга страна, както се спомена в глава 6, би трябвало да съществуват първични черни дупки с много по-малка маса, образувани от колапс на неправилностите в съвсем началните стадии на Вселената. Температурата на такива черни дупки би трябвало да е много по- висока и излъчването им да е много по-енергично. Животът на една първична черна дупка с начална маса 10 9
тона е приблизително равен на възрастта на Вселената. Първичните черни дупки с начални маси под тази стойност би трябвало вече да са напълно изпарени, но малко по-масивните от тях продължават да освобождават излъчване под формата на рентгенови и гама- лъчи. Тези рентгенови и гама-лъчи сакато светлинните вълни, но дължината име много по-малка. Такива дупки едва ли заслужават прилагателното черни всъщност теса нажежени до бяло и излъчват енергия около 10 000 мегавата.
Една такава черна дупка е в състояние да поддържа десет големи електроцентрали, само ако можем да впрегнем енергията й. Това ще е много трудно обаче масата на черната дупка Ще е като планина, пресована в по- малко от 10
–12
инча — размерът на атомното ядро Ако наземната повърхност има една от тези черни дупки, по никакъв начин не можем дай попречим да стигне центъра на Земята. Тя ще трепти около центъра на Земята дотогава, докато накрая достигне центъра. Следователно единственото място, където трябва да се постави такава черна дупка, за да можем да оползотворим излъчваната от нея енергия, ще е на орбита около Земята, а единственият начин да я накараме да се движи в орбита около Земята ще е да я примамим там, като струпаме огромна маса пред нея — нещо като морков пред магаре. Предложението не изглежда особено практично, поне за близкото бъдеще.

Но дори да не можем да впрегнем излъчването от тези първични черни дупки, какви са шансовете ни да ги наблюдаваме Можем да търсим гама- лъчите, които първичните черни дупки излъчват през по-голямата част от живота си. Макар лъчението от повечето от тях да е много слабо, защото са твърде далеч, може би общото количество от всички тях ще е откриваемо. Всъщност ние наблюдаваме такъв фон от гама-лъчи: на фиг. 7.5 се вижда как наблюдаваният интензитет се различава за различните честоти (броят вълни в секунда. Но този фон би могъл да е и вероятно е генериран от процеси, различни от първичните черни дупки. Пунктираната линия на фиг. 7.5 показва как интензитетът трябва да варира с честотата за гама-лъчите, освобождавани от първични черни дупки, ако теса средно 300 на кубична светлинна година. Поради това може да се каже, че наблюдаването на гама-лъчевия фон не представлява някакво положително доказателство за първични черни дупки, но сочи, че средно те не могат да са повече от 300 на кубична светлинна година във Вселената. Тази граница означава, че първичните черни дупки вероятно представляват най-много една милионна от материята във Вселената.
След като първичните черни дупки са такава рядкост, изглежда неправдоподобно да има някоя, достатъчно близо до нас, за да я наблюдаваме като отделен източник на гама-лъчи. А след като гравитацията би притеглила

първичните черни дупки към всяка материя, те би трябвало да са по- разпространени във и около галактиките. Така че, макар фонът на гама-лъчите да ни казва, чене може да има средно повече от 300 първични черни дупки на кубична светлинна година, той не говори нищо затова, колко разпространени могат да са те в нашата собствена Галактика. Ако, да кажем, теса милион пъти по-разпространени, то най-близката до нас черна дупка вероятно ще е наоколо км или приблизително на колкото е Плутон — най-отдалечената позната планета. Но и затова разстояние ще е много трудно да се регистрира постоянното лъчение от една черна дупка, дори ако е от 10 000 мегавата. За да наблюдаваме една първична черна дупка, трябва да регистрираме няколко кванта, гама-лъчи, идващи от една и съща посока за разумно продължително време, например една седмица. В противен случай те може да са просто част от фона. Но квантовият принципна Планк ни казва, че всеки квант гама-лъчи е с много висока енергия, тъй като честотата име много висока, така че за излъчването дори на 10 000 мегавата няма да са нужни много кванти. А за наблюдаването на този малък брой кванти, идващи от разстоянието на Плутон, ще е необходим по-голям детектор за гама-лъчи, отколкото всички, построени досега. Нещо повече, детекторът ще трябва да е в Космоса, тъй като гама- лъчите не могат да проникват през атмосферата.
Разбира се, ако една черна дупка, толкова близка като Плутон, е към края на живота си и й предстои да изчезне, лесно Ще можем да установим последното избухване на излъчването. Но ако черната дупка е излъчвала в продължение на 10–20 млрд. години, шансът да достигне края на живота си през следващите няколко години, за разлика от няколко милиона години в миналото или бъдещето, е наистина твърде малък Така че, за да имате шанса да наблюдавате една експлозия, преди да изтече срокът на изследванията ви, ще трябва да намерите начин да уловите всички импулси в границите наедно разстояние от около една светлинна година. И пак ще се сблъскате с проблема да разполагате с голям детектор за гама-лъчи, за да наблюдавате няколко кванта гама-лъчи от експлозията. В този случай обаче няма да е необходимо да определяте дали квантите идват от една и съща посока достатъчно е да се установи, че всичките пристигат в кратък интервал от време, за да сме сигурни, чеса от едно и също избухване.
Един детектор за гама-лъчи, годен да разпознае първични черни дупки, е цялата земна атмосфера. (Във всеки случай едва ли ще можем да построим по- голям) Когато високоенергетичен квант гама-лъчи срещне атоми в нашата атмосфера, той създава двойки електрони и позитрони (антиелектрони). При сблъскването им с други атомите от своя страна създават още двойки електрони и позитрони и се получава така нареченият електронен порой. Резултатът е вид светлина, наречена Черенковско лъчение. Поради това можем да открием избухвания на гама-лъчи, като търсим просветвания в нощното небе. Разбира се, има множество други явления, като например светкавиците и отражението на слънчевата светлина отпадащи спътници или отломки, които също могат да дават просветвания по небето. Гама-лъчевите избухвания могат да се разграничават от такива ефекти, като наблюдаваме просветванията едновременно от две или повече сравнително отдалечени

места. Такова търсене бе проведено от двама учени от Дъблин — Нийл Портър и Тревър Уийкс — с помощта на телескопи в Аризона. Те установиха множество просветвания, но не и такива, които могат определено да се припишат на гама- лъчеви избухвания от първични черни дупки.
Макар търсенето на първични черни дупки да дава отрицателен резултат, както изглежда, то пак ще ни предостави важна информация за съвсем ранните стадии на Вселената. Ако ранната Вселена е била хаотична и неправилна или ако налягането на материята е било ниско, бихме могли да очакваме да се образуват много повече първични черни дупки от границата, вече поставена чрез нашите наблюдения на фона от гама-лъчи. Само ако ранната Вселена е била много изгладена и еднородна, с високо налягане, може да се обясни липсата на наблюдаем брой първични черни дупки.
Идеята за излъчването от черните дупки бе първият пример заедно предсказание, което съществено зависи и от двете големи теории на нашия век общата теория на относителността и квантовата механика.
Първоначално тя срещна голяма съпротива, защото преобърна съществуващата представа Как е възможно една черна дупка изобщо да излъчва Когато за първи път изложих резултатите от своите изчисления на конференция в лабораторията Ръдърфорд — Апълтън“ близо до Оксфорд, срещнах всеобщо недоверие. В края на изложението ми председателят на сесията Джон Дж. Тейлър от Кингс Колидж — Лондон, заяви, че всичко това са безсмислици. Той дори написа работа затова. Нов крайна сметка повечето, включително и Джон Тейлър, стигнаха до извода, че черните дупки трябва да излъчват подобно нагорещи тела, ако останалите ни представи за общата теория на относителността и квантовата механика са правилни. Така че, макар още да не сме успели да намерим първична черна дупка, почти всички са съгласни, че ако успеем, тя ще трябва обилно да излъчва гама- и рентгенови лъчи.
Съществуването на излъчване от черните дупки предполага гравитационният колапс да не е така окончателен и безвъзвратен, както някога мислехме. Ако един астронавт падне в черна дупка, нейната маса ще се увеличи, но енергийният еквивалентна тази допълнителна маса ще се върне на Вселената под формата на излъчване. Така в известен смисъл астронавтът ще бъде възстановен. Това обаче ще е неприятен вид безсмъртие, защото всяка лична представа на астронавта за време почти неизбежно ще свърши с разкъсването му във вътрешността на черната дупка Дори видовете частици, които вероятно ще се излъчат от черната дупка, ще бъдат в общия случай различни от тези, изграждащи астронавта единственото свойство на астронавта, което ще оцелее, ще бъде неговата маса или енергия.
Приближенията, с които си послужих при извеждането на излъчването от черните дупки, би трябвало да работят и когато масата на черната дупка е по- голяма от частица от грама. Но те ще се провалят в края на живота на черната дупка, когато нейната маса става твърде малка. Най-вероятния завършек, изглежда, е черната дупка просто да изчезне, поне в нашата област от Вселената, отнасяйки със себе си астронавта и всяка евентуална сингулярност в себе си, ако наистина има такава. Това бе първото указание, че квантовата

механика вероятно премахва сингулярностите, предсказани от общата теория на относителността. Но методите, които и аз, и другите използвахме през 1974 г, не бяха годни да отговорят на такива въпроси като ще се появят ли сингулярности в квантовата гравитация. Ето защо след 1975 г. започнах да разработвам един помощен подход към квантовата гравитация, базиран на идеята на Ричард Файнман за сумата по траектории. В следващите две глави ще опиша отговорите, които предполага този подход за произхода и съдбата на Вселената и за нейния състав, като например астронавта. Ще видим, че макар принципът на неопределеността да поставя ограничения върху точността на всички наши предсказания, същевременно той може да отстрани основната непредсказуемост, която съществува в сингулярността пространство-време.
8. ПРОИЗХОДЪТ И СЪДБАТА НА ВСЕЛЕНАТА
Общата теория на относителността на Айнщайн предсказва, че пространство-времето е започнало в сингулярността на Големия взриви ще завърши в сингулярността на Големия срив (ако цялата Вселена претърпи отново колапс) или в сингулярността на черна дупка (ако локална област като звезда колапсира). Всяка попаднала в дупката материя ще се разруши в сингулярността, а отвън ще продължи да се възприема само гравитационният ефектна нейната маса. От друга страна, когато отчетем квантовите ефекти, масата или енергията на материята вероятно накрая ще се върнат към останалата част от Вселената, а черната дупка заедно със сингулярността ще се изпари и накрая ще изчезне. Възможно ли е квантовата механика да има еднакво драматично въздействие върху сингулярностите на Големия взриви Големия срив Какво става всъщност в най-ранните или късни стадии на Вселената, когато гравитационните полета са толкова силни, че квантовите ефекти не могат да се пренебрегнат Имали всъщност Вселената начало или край И ако има — какви са те?
През седемдесетте години се занимавах предимно с изучаването начерните дупки, но през 1981 г, когато взех участие в конференция по космология, организирана от йезуитите във Ватикана, интересът ми към въпросите за произхода и съдбата на Вселената отново се събудиха. Католическата църква бе допуснала голяма грешка с Галилей, когато се опита да отрече закона върху научна основа, заявявайки, че Слънцето се върти около Земята. Сега, векове по-късно, тя бе решила да покани специалисти, за да ги съветва по космология. В края на конференцията всички участници бяхме приети от папата. Той ни каза, че няма нищо лошо в това да изучаваме еволюцията на Вселената след Големия взривно не бива да изследваме самия Голям взрив, защото това е моментът на Сътворението, а следователно е работа на Бога. Зарадвах сече папата не знаеше темата на току-що изнесения от мен докладна конференцията — вероятността пространство- времето да е крайно, но да няма граници, което означава, чене би имало начало, нито пък моментна Сътворението. Нямах желание да споделя съдбата

на Галилей, с когото ми се струва, че имам много общо отчасти поради съвпадението да съм се родил точно 300 години след неговата смърт!
За да обясня своята идея, споделяна и от други, затова, как квантовата механика може да влияе на произхода и съдбата на Вселената, се налага първо да разберем общоприетата история на Вселената според т.нар. модел на горещ Голям взрив. Това предполага, че Вселената се описва с Фридманов модел назад във времето чак до Големия взрив. Според тези модели в процеса на разширяване на Вселената всяка материя или излъчване стават все по- студени. (Когато Вселената удвои размерите си, температурата й спада наполовина) Тъй като температурата е просто мярка за средната енергия или скоростна частиците, ефектът от това охлаждане на Вселената значително ще повлияе върху материята. При много високи температури частиците ще се движат така бързо, че ще избегнат всякакво взаимно привличане помежду си под действие на ядрените или електромагнитните сили, нос охлаждането им ще можем да очакваме частиците, които се привличат помежду си, да започнат да се групират. Нещо повече, дори видовете частици, съществуващи във Вселената, ще зависят от температурата. При достатъчно високи температури частиците имат толкова много енергия, че при всеки техен сблъсък ще се получат най-различни двойки частица/античастица и макар някои от тях да анихилират при среща с античастици, те ще се образуват по-бързо, отколкото анихилират. При по-ниски температури обаче, когато енергията на сблъскващите се частици е по-ниска, двойките частица/античастица ще се образуват по-бавно и анихилирането ще стане по-бързо от образуването.
Смята сече в момента на Големия взрив Вселената е имала нулев размер, така че е била безкрайно гореща. Нос разширението на Вселената температурата на излъчването намалява. Една секунда след Големия взрив тя ще е спаднала до около 10 млрд. градуса. Това е около хиляда пъти повече от температурата в центъра на Слънцето, но такива високи температури се достигат при експлозиите на водородни бомби. Тогава Вселената е трябвало да съдържа предимно фотони, електрони и неутрино (изключително леки частици, които се влияят само от слабото взаимодействие и гравитацията) и техните античастици, както и малко протони и неутрони. С продължаване на разширението на Вселената и спадането на температурата скоростта за образуване на двойките електрон/антиелектрон при сблъсъците ще спадне под скоростта, с която се разпадат чрез анихилиране. Така че повечето електрони и антиелектрони ще анихилират и ще образуват още фотони, като ще останати малко електрони. Неутрино и антинеутрино обаче няма да анихилират, защото твърде слабо взаимодействат помежду си и с другите частици. Следователно те и днес трябва да са около нас. Ако можехме да ги наблюдаваме, това щеше да е една добра проверка на тази картина на много горещия ранен стадийна Вселената. За съжаление техните енергии днес ще са твърде ниски, за да ги наблюдаваме директно. Но ако частиците неутрино не са безмасови, а имат малка собствена маса, както се предполага от един непотвърден руски експеримент, проведен през 1981 г, вероятно ще можем косвено да ги регистрираме може би теса тъмна материя, като споменатата по-рано, чието

гравитационно привличане е достатъчно да спре разширението на Вселената и отново да причини колапс.
Приблизително 100 сек. след Големия взрив температурата ще е паднала до 1 млрд. градуса, каквато е температурата във вътрешността на най- горещите звезди. При тази температура протоните и неутроните вече няма да имат достатъчно (енергия да избегнат привличането от силното ядрено взаимодействие и ще започнат да се свързват ида образуват ядра на деутерий тежък водород, съдържащ един протони един неутрон. Ядрата на деутерия след това ще се свържат с повече протони и неутрони и ще образуват хелиеви ядра, съставени от Два протона идва неутрона, както и малки количества от двата по-тежки елемента — литий и берилий. Можем да пресметнем, че в модела на горещия Голям взрив около една четвърт от протоните и неутроните ще са се превърнали в хелиеви ядра, заедно с малки количества тежък водороди други елементи. Останалите неутрони вероятно са се разпаднали на протони, които представляват ядра на обикновени водородни атоми.
Тази картина на горещ начален стадийна Вселената бе представена за първи път от Джордж Гамов в знаменитата работа, написана през 1948 г. заедно с неговия студент Ралф Алфър. Гамов имаше твърде силно развито чувство за хумор. Успя да убеди ядрения физик Ханс Бете да добави името сив публикацията, за да стане списъкът на авторите „Алфър, Бете, Гамов“ подобно на първите три букви от гръцката азбука алфа, бета, гама — нещо особено подходящо като за труд върху началото на Вселената В този труд те правят забележително предсказание, че излъчването (под формата на фотони) от твърде горещите начални стадии на Вселената и днес все още съществувано температурата му е вече едва няколко градуса над абсолютната нула (С. Именно това излъчване откриха Пензиас и Уилсън през 1965 г. По времето, когато Алфър, Бете и Гамов пишеха своята работа, не се знаеше твърде много за ядрените реакции на протоните и неутроните. Поради това предсказанията за съотношението на различните елементи в ранната Вселена бяха твърде неточни, но тези изчисления бяха повторени в светлината на поточното познание и вече се съгласуват много добре с наблюденията ни. Освен това твърде трудно е да се обясни по друг начин защо във Вселената има толкова много хелий. Ето защо ние сме сравнително сигурни, че това е правилната картина, поне за времето от около една секунда след Големия взрив.
Само за няколко часа след Големия взрив образуването на хелий и други елементи трябва да е престанало. А след това, през следващите милиони години, Вселената просто е продължила да се разширява, без да се случва нещо особено. По-на-татък, когато температурата е спаднала до няколко хиляди градуса и електроните и ядрата вече са нямали достатъчно енергия да преодолеят електромагнитното привличане помежду си, теса започнали да се свързват в атоми. Като цяло Вселената е продължила да се разширява и охлаждано в областите с плътност малко над средната разширението сее забавяло от допълнителното гравитационно привличане. То трябва да е спряло разширението в някои области и е предизвикало техния повторен колапс. По времена колапса гравитационното привличане на материя извън тези области

би могло да причини тяхното бавно въртене. Когато колапсиращата област намалява, тя започва да се върти по-бързо — също както кънкьорите се завъртат по-бързо, като приберат ръцете си. Когато една такава област стане достатъчно малка, тя се завърта толкова бързо, за да балансира гравитационното привличане, и по този начин се раждат дисковидните въртящи се галактики. Други области, които не са се завъртели, се превръщат в обекти с овална форма, наречени елиптични галактики. При тях областта ще спре да колапсира, защото отделни части от галактиката стабилно ще се завъртят около своя център, но галактиката като цяло няма да се върти.
С напредване навремето водородният и хелиевият газ в галактиките ще се разпаднат на по-малки облаци, които ще колапсират йод действие на собствената си гравитация. По времена свиването им, когато атомите в тях се сблъскват помежду си, температурата на газа нараства, докато накрая стане достатъчно горещо, за да започнат реакции на ядрен синтез. Така водородът се превръща в хелий, а освободената топлина повишава налягането и по този начин спира по-нататъшното свиване на облаците. В това състояние те остават дълго време като звезди, подобни на нашето Слънце, изгарящи водорода в хелий и излъчващи получената енергия под формата на топлина и светлина. За да балансират по-силното си гравитационно привличане, по-масивните звезди трябва да бъдат по-горещи, поради което реакциите на ядрен синтез протичат много по-бързо и те изразходват водорода си само за 100 млн. години. Тогава те леко се свиват и като още се загряват, започват да превръщат хелия в по- тежки елементи като въглерод или кислород. При това обаче не се освобождава повече енергия, така че настъпва криза, както беше описано в главата зачерните дупки. Какво става после, не е съвсем ясно, но вероятно централните области на звездата колапсират до състояние на много голяма плътности се превръщат в неутронна звезда или черна дупка. Понякога външните области от звездата биват изхвърлени в гигантска експлозия, наречена свръхнова, която превишава по блясък всички звезди в галактиката. Някои от по-тежките елементи, получени към края на живота на звездата, биват изхвърлени обратно в газа от галактиката и се превръщат в суровина за следващото поколение звезди. Нашето собствено Слънце съдържа около 2% такива тежки елементи, защото е звезда от второ или трето поколение, образувана преди около 5 млрд. години отвъртящ се облак газ, съдържащ останки от предишни свръхнови. По-голямата част от газа в този облак е отишла за образуването на Слънцето или е била изхвърлена, но малко количество от но-тежките елементи сее обединило и е образувало телата, които сега кръжат около Слънцето като планети, подобно на Земята.
Първоначално Земята е била много гореща и не е имала атмосфера. Стечение навремето тя е изстинала и е придобила атмосфера от газовете, отделяни от скалите. Тази ранна атмосфера не е такава, в която бихме оцелели. Тя не е съдържала кислорода голямо количество други, отровни за нас газове, като сероводород (газът, който мирише на развалени яйца. Има обаче други примитивни форми на живот, които процъфтяват в такива условия. Предполага сечете са се развили в океаните вероятно в резултатна случайни комбинации от атоми в големи структури, наречени макромолекули, годни да

свържат други атоми в океана в подобни структури. Така теса се възпроизвели и умножили. В някои случаи е имало грешки във възпроизводството. Повечето от тези грешки са били такива, че макромолекулата не е могла да се възпроизведе и в края сее разпадала. Някои от тези грешки обаче са довели до образуването на нови, още по-добре възпроизвеждащи се макромолекули. Поради това теса имали предимство и са измествали първоначалните макромолекули. По този начин е започнал един еволюционен процес, довел до развитието на все по-сложни и по-сложни самовъзпроизвеждащи се организми. Първите примитивни форми на живот са консумирали различни материали, включително сероводорода са освобождавали кислород. Така съставът на атмосферата постепенно се променил до днешния и позволил развитието на по-висши форми на живот, като риби, влечуги, бозайници и най-накрая —
човека.
Тази картина на Вселена, започнала като много гореща и охлаждаща се с разширяването си, се съгласува с всички наблюдавателни доказателства, с които днес разполагаме. Независимо от това тя оставя много съществени въпроси без отговор) Защо ранната Вселената е била толкова гореща) Защо в големи мащаби Вселената е така еднородна Защо изглежда една и съща от всички точки в пространството и във всички посоки И по- конкретно защо температурата на микровълновото фоново лъчение е почти една и съща в различните посоки Това е все едно да зададеш на изпит въпросна няколко студента. Ако всички отговарят по съвсем един и същ начин, можеш да си съвсем сигурен, чеса общували помежду си. И въпреки това в описания по-горе модел времето след Големия взрив не е било достатъчно за светлината да стигне от далечна област до друга, макар в младата Вселена те да са били близки една до друга. Според теорията на относителността, след като светлината не може да стигне от едно място до друго, и всяка друга информация не може. Така че няма начин различните области в младата Вселена да са имали една и съща температура, освен ако по необясними причини температурата при образуването име била една и съща) Защо Вселената е започнала със скоростна разширение, така близка до критичната, разделяща моделите с повторен колапс от вечно разширяващите се, така че дори сега, 10 млрд. години по-късно, тя продължава да се разширява с почти критичната скорост Ако една секунда след Големия взрив скоростта на разширение би била по-ниска дори седна стомилиардна част, Вселената отново би колапсирала още преди да е достигнала сегашните си размери) Независимо че в големи мащаби Вселената е така еднородна и хомогенна, тя съдържа местни неправилности като звездите и галактиките. За тях се предполага, чеса се развили от малките различия в плътностите на отделни области в младата Вселена. Какъв е произходът на тези флуктуации в плътността?
Сама по себе си общата теория на относителността не може да обясни тези особености, нито да отговори на тези въпроси поради факта, че предвижда Вселената да е започнала от безкрайна плътност в сингулярността

на Големия взрив. В сингулярността както общата теория на относителността, така и всички други физични закони не важат те не могат да предскажат какво ще излезе от сингулярността. Както вече обяснихме, това значи, че можем лесно да изведем Големия взриви всички събития преди него извън теорията, защото не оказват влияние върху това, което наблюдаваме. Пространство- времето би трябвало да има граница — начало в Големия взрив.
Изглежда, че науката успя да разкрие група закони, които в границата на принципа на неопределеността ни казват как ще се развие Вселената с времето, ако познаваме състоянието й в какъвто ида е момент. Може би тези закони са били предопределени от Бог но изглежда, че той е оставил Вселената да се Развива според тях и вече не се намесва. Но как е подбрал началното състояние или конфигурацията на Вселената Какви са били граничните условия в началото навремето Един от възможните отговори е да кажем, че Бог е избрал началната конфигурация на Вселената по причини, които не можем да се надяваме да разберем. А това наистина е по силите наедно всемогъщо същество. Но ако е положил началото й по такъв неразбираем начин, защо е избрал да се развива по закони, които можем да разберем Цялата история на науката се състои от постепенното осъзнаване, че събитията не са резултат от случайността, а отразяват някакъв скрит ред, може би божествено дело, а може би не. Естествено е да предположим, че този ред би трябвало да е приложим не само за законите, а и за условията при границата на пространство-време, определяща началното състояние на Вселената. Може би съществува голям брой модели на Вселената с различни начални условия и всичките се подчиняват на законите. Но би трябвало да има някакъв принцип, който избира едно начално състояние, а следователно и един модел, който да представя нашата Вселена.
Една такава възможност са т.нар. хаотични гранични условия. Те безусловно приемат, че или Вселената е пространствено безкрайна, или съществуват безкрайно много вселени. При хаотични гранични условия вероятността да намерим която ството и/или във времето, условията, необходими за развитието на разумен живот, ще бъдат удовлетворени само в определени области, ограничени в пространството и времето. Поради това разумните същества в тези области не би трябвало да се учудват, ако установят, че мястото им във Вселената удовлетворява условията, необходими за тяхното съществуване. По същия начин богаташът, който живее в заможно обкръжение, не вижда бедността.
Един пример за приложението на слабия антропен принцип е да обясни защо Големият взрив е настъпил преди около 10 млрд. години почти толкова е времето за развитие на разумен живот. Както обяснихме по-горе, първо е трябвало да се образува ранно поколение звезди. Тези звезди са превърнали част от първоначалния водороди хелий в елементи като въглерода и кислорода, от които сме изградени. После звездите са се взривявали като свръхнови, а останките им са отивали за образуване на други звезди и планети, сред които и тези от нашата Слънчева система, която е на възраст около 5 млрд. години. Първите един-два милиарда години от съществуването на

Земята са били твърде горещи, за да позволят развитието на нещо по-сложно. Останалите около 3 млрд. години са отишли забавния процес на биологична еволюция, довела от най-простите организми до същества, способни да измерят времето чак до Големия взрив.
Малцина биха спорили с валидността или ползата от слабия антропен принцип. Някои обаче отиват по-далеч и предлагат силна версия на принципа. Според тази теория съществуват или много различни вселени, или много различни области от една-единствена вселена, всяка със своя собствена начална конфигурация и може би със собствена група научни закони. В повечето от тези вселени условията не са били подходящи за развитието на сложни организми само в някои вселени, подобни на нашата, биха се развили разумни същества, които да попитат Защо Вселената е такава, каквато я виждаме. Тогава отговорът е прост ако беше друга, нямаше да сме тук!
Научните закони, каквито ги знаем сега, съдържат множество фундаментални числа като например електрическия зарядна електрона и отношението между масите на протона и електрона. Ние не сме в състояние, поне засега, да предскажем тези числа от теорията, а трябва да ги установим чрез наблюдения. Може би някой ден ще открием една съвършена единна теория, която ще предскаже всичко това, но е възможно и някои от числата да се променят от вселена към вселена или в границите на една вселена. Забележителен факт е, че тези числа са много точно съгласувани, за да направят възможно развитието на живот. Ако например електричният зарядна електрона беше само малко по-различен, звездите или нямаше да могат да изгарят водороди хелий, или не биха се взривявали. Разбира се, би могло да има и други форми на разумен живот, за които не са мечтали дори авторите на научна фантастика, неизискващи нито светлината на звезда като Слънцето, нито по-тежки химични елементи, синтезирани в звездите и изхвърляни в пространството при взривяването на тези звезди. Независимо от това ясно е, че интервалът от тези числа, които биха позволили развитието на някаква форма на разумен живот, е сравнително малък. Повечето от числата биха произвели вселени, които, макари много красиви, не биха позволили съществуването на някой, способен да се възхити на тази красота. Можем да приемем това или като доказателство за божествена умисъл на Сътворението и избора на научните закони, или като потвърждение на силния антропен принцип.
Съществуват множество възражения срещу силния антропен принцип като обяснение на наблюдаваното състояние на Вселената. Първо, в какъв смисъл можем да твърдим, че всички тези различни вселени съществуват Ако те наистина са отделени една от друга, това, което става в някоя друга вселена, не би могло да има наблюдаеми следствия на нашата собствена Вселена. Следователно можем да приложим принципа на пестеливостта ида ги изключим от теорията. Ако, от друга страна, теса само различни области от една-единствена вселена, научните закони би трябвало да са еднакви за всяка област, защото иначе нямаше да можем непрекъснато да се движим от една област в друга. В този случай единствената разлика между областите ще бъдат

техните начални конфигурации, поради което силният антропен принцип ще се редуцира в слаб.
Второ възражение срещу силния антропен принцип е, че той върви срещу течението на цялата история на науката. Нашето развитие е минало от геоцентричната космология на Птолемей и неговите предшественици през хелиоцентричната космология на Коперник и Галилей досегашната картина, в която Земята представлява една средна по размери планета, движеща се по орбита около една средна звезда във външната околност на една обикновена спирална галактика, която сама по себе си е само една от милиардите галактики в наблюдаемата Вселена. А силният антропен принцип твърди, че цялата необятна конструкция съществува само заради нас. Твърде трудно за вярване. Нашата Слънчева система е определено предпоставка за съществуването ни, а това може да се разшири до цялата наша Галактика, за да допусне по-ранно поколение звезди, които са създали по-тежките елементи. Но съвсем не се налага всички други галактики, нито Вселената да бъдат така еднородни и подобни в големи мащаби за всички посоки.
Щяхме да сме доволни от антропния принцип, поне от неговата слаба версия, ако можехме да покажем, чеса се развили твърде голям брой различни начални конфигурации на Вселената, за да се стигне до Вселената, която наблюдаваме. Ако е така, една вселена, развила се от някакви случайни начални условия, би трябвало да съдържа области, които са гладки и еднородни и са подходящи за еволюцията на разумен живот. От друга страна, ако началното състояние на Вселената е трябвало да се подбере изключително внимателно, за да доведе до нещо, подобно на това, което ни заобикаля, невероятно би било Вселената да съдържа каквато ида е област, където би могъл да се появи живот. В описания по-горе модел на горещия Голям взрив за топлината в ранната Вселена не е имало достатъчно време, за да се пренесе от една област в друга. Това означава, че първоначалното състояние на Вселената би трябвало навсякъде да има точно една и съща температура, за да обясни факта, че температурата на микровълновия фон е еднаква във всички посоки. Освен това началната скоростна разширение също би трябвало да бъде много точно подбрана, така че и сега да е толкова близка до критичната скорост, необходима да се избегне повторен колапс. Това значи, че наистина началното състояние на Вселената трябва да е било много внимателно подбрано, ако, разбира се, моделът на горещия Голям взрив е коректен назад чак до началото навремето. Би било много трудно да обясним защо Вселената трябва да е започнала точно по този начин, освен ако приемем, че това е акт на Бога, който е възнамерявал да сътвори същества като нас.
В опита си да намери модел на Вселената, при който множество различни начални конфигурации са могли да доведат до нещо като сегашната Вселена, ученият от Масачузетския технологичен институт Алън Гът предположи, че ранната Вселена може бие преминала през период на много бързо разширение. Това разширение се нарича инфлационно и означава, че някога Вселената сее разширявала с нарастваща скорост, а не с намаляващата

скоростна сегашното й разширение. Според Гът за нищожна частица от секундата радиусът на Вселената сее увеличил 10 30
пъти.
Гът предполага, че Вселената е започнала от Големия взрив в много горещо, но твърде хаотично състояние. Високата температура означава, че частиците във Вселената са се движели много бързо и са имали високи енергии. Както вече стана дума, можем да очакваме, че при такива високи температури силното и слабото ядрено взаимодействие и електромагнитното взаимодействие ще се обединят в едно-единствено. С разширението си Вселената ще се охлажда и енергията на частиците ще намалява. Накрая ще настъпи т.нар. фазов преходи симетрията между взаимодействията ще се наруши силното взаимодействие ще стане различно от слабото и от електромагнитното. Един познат пример за фазов преход е замръзването на водата при охлаждане. Течната вода е симетрична, една и съща във всяка точка и всяка посока. Когато обаче се образуват ледени кристалите заемат определени положения и се ориентират в някаква посока. Това нарушава симетрията на водата.
Ако сме внимателни, можем да „преохладим“ водата, те. да понижим температурата й подточката на замръзване (С, без да се образува лед. Гът предполага, че Вселената може да има подобно поведение температурата може да падне под критичната стойност, без да се наруши симетрията между взаимодействията. Ако това се случи, Вселената би била в нестабилно състояние, с повече енергия, отколкото ако симетрията се беше нарушила. Може да се покаже, че тази допълнителна енергия има антигравитационен ефект тя би действала също както космологичната константа, която Айнщайн въведе в общата теория на относителността при опита си да конструира статичен модел на Вселената. Тъй като Вселената вече ще е започнала разширението си точно както в модела на горещия Голям взрив, отблъскващото действие на космологичната константа би накарало Вселената да се разширява с още по-висока скорост. Дори в областите, където материалните частици са повече от средния брой, гравитационното привличане на материята ще бъде преодоляно от отблъскването на действащата космологична константа. Поради това и тези области също ще се разширяват по ускорително инфлационен начин. С разширението им, когато материалните частици се раздалечават помежду си, ще се стигне до разширяваща се Вселена, която почти не съдържа частици и е все още в свръхохладено състояние. Всички неправилности във Вселената просто ще се изгладят от разширението също както гънките на балона се изглаждат при надуването му. Така сегашното гладко и еднородно състояние на Вселената би могло да се яви като резултат от твърде различни нееднородни начални състояния.
В такава Вселена, където разширението се ускорява от космологичната константа, а не се забавя от гравитационното привличане на материята, за светлината ще има достатъчно време в ранната Вселена да премине от една област в друга. Това би решило въпроса, поставен по-рано, защо различни области в ранната Вселена имат едни и същи свойства. Нещо повече, скоростта на разширение на Вселената автоматично ще стане много близка до критичната скорост, определена от плътността на енергията във Вселената.

Така можем да си обясним защо скоростта на разширение е все още толкова близка до критичната скорост, без да трябва да приемаме, че началната скоростна разширение на Вселената е била много внимателно подбрана.
Идеята за инфлация също би обяснила защо във Вселената има толкова много материя. В областта от Вселената, която можем да наблюдаваме, има около 10 80
частици. Откъде са дошли всичките Отговорът е, че според квантовата теория частици могат да се образуват от енергия под формата на двойки частица/античастица. Но това пък поставя въпроса, откъде идва енергията. Отговорът е, че общата енергия на Вселената е точно нулева. Материята във Вселената е изградена от положителна енергия. Но цялата материя се привлича съгласно гравитацията. Два къса материя, които са близо един до друг, имат по-малко енергия, отколкото същите два късана голямо разстояние помежду си, защото, за да ги разделим против гравитационната сила, която ги сближава, трябва да изразходваме енергия. Така в този смисъл гравитационното поле има отрицателна енергия. В този случайна вселена, приблизително еднородна в пространството, може да се покаже, че тази отрицателна гравитационна енергия точно унищожава положителната енергия, представена от материята. Поради това общата енергия на Вселената е нулева.
И така две по нула е също нула. Оттук следва, че Вселената може да удвои количеството положителна енергия на материята ида удвои отрицателната гравитационна енергия, без да наруши закона за запазване на енергията. Това не се случва при нормалното разширение на Вселената, когато плътността на енергията на материята намалява с уголемяването на Вселената. То се случва обаче при инфлационното разширение, защото плътността на енергията при свръхохладеното състояние остава постоянна, докато Вселената се разширява когато Вселената удвои размерите си, положителната енергия на материята и отрицателната гравитационна енергия се удвояват, така че общата енергия остава нула. По времена инфлационната фаза Вселената увеличава размерите сив много голяма степен. По този начин общото количество енергия за образуване на частици става много голямо. Както Гът забелязва казват, че няма такова нещо, като безплатен обяд. Но Вселената е най-големият безплатен обяд.“
Днес Вселената не се разширява по инфлационен начин. Така че трябва да има някакъв механизъм, който да елиминира действието на голямата космологична константа и така да промени скоростта на разширение от ускорено към забавяно от гравитацията, каквото имаме сега. При инфлационното разширение можем да очакваме, че симетрията между взаимодействията ще се наруши, както свръхохладената вода накрая винаги замръзва. Допълнителната енергия при състоянието на ненарушена симетрия тогава ще се освободи и отново ще нагрее Вселената до температура, която е
точно под критичната за симетрия между взаимодействията. Така Вселената ще продължи да се разширява и охлажда също както по модела на горещия Голям взривно сега ще имаме обяснение защо Вселената се разширява точно с критичната скорости защо различните области ще имат една и съща температура.

В първоначалното предположение на Гът фазовият преход се предполагаше да настъпва внезапно както появата на ледени кристали в много студена вода. Идеята е, че в старата фаза са се образували мехурчета от новата фазана нарушена симетрия подобно на мехурчета пара в кипяща вода. Предполага сече тези мехурчета се разширяват и доближават помежду си, докато цялата Вселена премине в нова фаза. Бедата е, както беше отбелязано отмени някои други, че Вселената се разширява толкова бързо, че дори ако мехурчетата нарастваха със скоростта на светлината, те пак щяха да се раздалечават помежду си, така чене биха могли да се слеят. Вселената би останала в крайно нееднородно състояние, като в някои области все още ще има симетрия между различните взаимодействия. Такъв модел на Вселената не би могъл да съответствана това, което виждаме.
През октомври 1981 г. посетих Москва за конференция по квантова гравитация. След конференцията изнесох семинарна тема инфлационния модели свързаните с него проблеми в Астрономическия институт „Щернберг“. Преди това бях намерил човек, който да изнесе лекция вместо мен, защото повечето не могат да разберат гласа ми. Но неми стигна времето да подготвя семинара, така че го проведох сам, като един мой дипломант повтаряше думите ми. Мина добре и ми осигури много по-тесен контакт с аудиторията. Сред присъстващите беше един млад руснак, Андрей Линде от института
„Лебедев“ в Москва. Той каза, че трудността с мехурчетата, които не се сливат,
може да се избегне, ако теса толкова големи, че едно-единствено мехурче да съдържа нашата област от Вселената. За да е така, преминаването от симетрия към нарушена симетрия би трябвало много бавно да настъпва във вътрешността на мехурчето, а това е съвсем възможно според теориите за Великото обединение. Идеята на Линде забавно нарушаване на симетрията беше много добрано впоследствие осъзнах, че неговите мехурчета трябва да са били по-големи от тогавашната Вселена Аз показах, че вместо това е възможно симетрията да се нарушава едновременно навсякъде, а не само вътре в мехурчетата. Това би довело до еднородна Вселена, каквато наблюдаваме. Бях много развълнуван от тази идея и я споделих с един от своите студенти, Ян Мое. Като приятел на Линде обаче бях твърде смутен, когато впоследствие ми изпратиха неговия труд от едно научно списание име питаха дали е подходящ за публикуване. Отговорих, че има недостатък мехурчетата трябва да са по-големи от Вселената, но че основната идея забавното нарушаване на симетрията е много добра. Препоръчах да се публикува така, както е, защото на Линде щяха да са му необходими няколко месеца за корекция, тъй като всичко, което изпращана Запад, трябваше да премине през съветската цензура, а тя не е нито особено умела, нито особено експедитивна с научните публикации. Вместо това заедно с Ян Мое публикувахме в същото списание кратко съобщение, в което посочихме проблема за размера на мехурчетата и как би могъл да бъде решен.
На следващия ден след връщането ми от Москва тръгнах за Филаделфия, където трябваше да получа медал от института Франклин. Моята секретарка,
Джуди Фела, беше пуснала вход своя немалък чар, за да убеди Британските авиолинии да осигурят на нея и на мен безплатни места на „Конкорд“ като

реклама. Но аз бях задържан по пътя към летището от силен дъжд и изпуснах самолета. Въпреки това накрая стигнах до Филаделфия и получих своя медал. После ме помолиха да изнеса семинар за инфлационната Вселена в университета „Дрексел“ във Филаделфия. Изнесох същия семинар, както в
Москва.
Няколко месеца по-късно Пол Стайнхард и Андреас Албрехт от
Пенсилванския университет независимо един от друг изложиха идея, твърде сходна с тази на Линде. Заедно с Линде инатях двамата се отдава признанието за т.нар. нов инфлационен модел, основан на идеята забавно нарушаване на симетрията. (Старият инфлационен модел бе първоначалното предположение на Гът за бързо нарушаване на симетрията с образуване на мехурчета.)
Новият инфлационен модел беше добър опит да се обясни защо Вселената е такава, каквато е. Но аз и неколцина други показахме, че поне в първоначалния си вид той предсказва много по-големи вариации в температурата на микровълновото фоново лъчение, отколкото са наблюдавани. Последвалата работа също хвърли сянка на съмнение за това,
дали е могло да има такъв фазов преход в много ранната Вселена, какъвто се изисква. Моето лично мнение е, че новият инфлационен модел е вече мъртъв като научна теория, макар че доста хора, изглеждане са чули за изоставянето му и продължават да пишат за него сякаш още е жизнен. Един по-добър модел, наречен хаотичен инфлационен модел, бе предложен от Линде през 1983 г. В него няма фазов преход, нито свръхохлаждане. Вместо тях има едно поле със спин 0, което поради квантови флуктуации би трябвало да има високи стойности в някои области от ранната Вселена. Поведението на енергията на полето в тези области е подобно на космологичната константа. Тя би трябвало да е с отблъскващ гравитационен ефект, поради което тези области ще се разширяват по инфлационен начин. С разширението им енергията на полето в тях бавно ще намалява, докато инфлационното разширение се смени с разширение като в модела на горещия Голям взрив. Една от тези области би се превърнала в това, което сега виждаме като наблюдаема Вселена. Този модел притежава всички предимства на предишните инфлационни модели, но не зависи от съмнителния фазов прехода освен това дава приемливи размери за флуктуациите в температурата на микровълновия фон, които се съгласуват с наблюденията.
Тази работа върху инфлационните модели показа, че сегашното състояние на Вселената е могло да възникне от твърде голям брой различни начални конфигурации. Това е важно, защото показва, че началното състояние на част от Вселената, която населяваме, не е трябвало да се подбира с особено внимание. Така че можем, ако желаем, да използваме слабия антропен принцип, за да обясним защо Вселената изглежда такава, каквато е сега. Разбира се, не всяка начална конфигурация би довела до вселена като тази, която наблюдаваме. Това може да се покаже, като разгледаме едно много различно състояние на Вселената в наши дни, да кажем твърде неизгладено и неправилно състояние. Можем да си послужим с научните закони, за да върнем Вселената назад във времето ида определим нейната конфигурация за по-

ранни времена. Съгласно теоремите за сингулярност от класическата обща теория на относителността пак трябва да има сингулярност в Големия взрив. Ако такава вселена еволюира напред във времето според научните закони, ще стигнете до неизгладеното и неправилно състояние, откъдето сте тръгнали. Следователно трябва да е имало начални конфигурации, които не са довели до Вселена като тази, която виждаме днес. Така че даже инфлационният модел не ни казва защо началната конфигурация не е такава, чеда ни дава нещо, твърде различно от това, което наблюдаваме. Трябвали да се обърнем към антропния принцип за обяснение Нима всичко е просто щастлива случайност Това би значело да се отчаяме, да се отречем от всички надежди да разберем някога скрития редна Вселената.
За да предскажем как е започнала Вселената, се нуждаем от закони, които са в сила за началото навремето. Ако класическата обща теория на относителността е коректна, то теоремите за сингулярност, които двамата с
Пенроуз доказахме, показват, че началото навремето трябва да е точка с безкрайна плътности безкрайна кривина на пространство-времето. В такава точка всички известни научни закони биха били невалидни. Бихме могли да предположим, че съществуват нови закони, които са в сила за сингулярности, но ще е много трудно дори да ги формулираме при точки с такова лошо поведение, а нямаме и насока от наблюденията като какви могат да са тези закони. Все пак това, което теоремите за сингулярност наистина сочат, е, че гравитационното поле става толкова силно, че квантовите гравитационни ефекти придобиват значение класическата теория престава да бъде добро описание на Вселената. Поради това при обсъждане на най-ранните стадии на Вселената трябва да използваме квантовата теория на гравитацията. Както ще видим, възможно е квантовата теория да е в сила навсякъде за обикновените научни закони, включително и в началото навремето не е необходимо да постулираме нови закони за сингулярността, защото в квантовата теория не се налагат каквито ида било сингулярности.
Засега все още нямаме завършена и състоятелна теория, която да съчетава квантовата механика и гравитацията. Но вече сме почти сигурни какви трябва да са някои от характеристиките на една такава единна теория. Първо, тя трябва да включва предложението на Файнман за формулиране на квантовата теория чрез сумиране по траектории. При такъв подход частицата не притежава само една траектория както в класическата теория. Вместо това се предполага да се следват всички възможни пътища в пространство-времето и че всеки от тях е свързан с двойка числа, едното представляващо големината на вълната, а второто — положението в цикъла (фазата. Вероятността частицата да преминава, да кажем, през някоя конкретна точка се намира чрез сумиране на вълните, свързани с всяка възможна траектория, преминаваща през тази точка. Когато обаче се опитаме да направим това сумиране, се сблъскваме с тежки технически проблеми. Единственият начин да ги избегнем е да спазваме предписанието трябва да сумираме тези вълни за историята на частицата, които не са в реалното време, което познаваме с вас, а се явяват в т.нар. имагинерно време. Имагинерното време може би ще ви звучи като научна фантастика, но всъщност то е едно добре дефинирано математическо

понятие. Ако вземем кое да е обикновено (или реално) число иго умножим само по себе си, ще получим положително число. (Например две подвее четири, но и –2 по –2 пак е 4.) Съществуват обаче специални числа (наречени имагинерни, които, умножени сами на себе си, дават отрицателно число. Например i, умножено само на себе си, дава –1, 2i, умножено само на себе си, дава –4 и т.н.). За да избегнем техническите трудности, свързани със сумирането на Файнман по траекториите, трябва да използваме имагинерно време. Или с други думи, за изчислението трябва да измерваме времето с имагинерни, а не с реални числа. Това поражда интересен ефект върху пространство-времето: различието между пространство и време напълно изчезва. За пространство-времето, в което събитията имат имагинерна стойностна времевата координата, казваме, че е Евклидово по името на древния грък Евклид, основоположник на геометрията на двумерните повърхнини. Това, което сега наричаме Евклидово пространство-време, е твърде подобно с тази разлика, че има четири измерения вместо две. В Евклидовото пространство-време няма разлика между посоката навремето и посоките в пространството. От друга страна, в реалното пространство-време, където събитията се отбелязват с обикновени, реални стойности на времевата координата, лесно можем да определим разликата — посоката навремето за всички точки лежи вътре в светлинния конуса посоките в пространството са извън него. Във всеки случай, що се отнася до обикновената квантова механика, можем да разглеждаме използването на имагинерно време и Евклидовото пространство-време просто като математическо средство (или трик, за да намерим отговорите за реалното пространство-време.
Втора характеристика, за която считаме, че трябва да е част от окончателната теория, е Айнщайновата идея, че гравитационното поле се представя с изкривено пространство-време: частиците се стремят да следват път, най-близък до правата ведно изкривено пространство, но тъй като пространство-времето не е плоско, техните пътища изглеждат огънати както под действие на гравитационно поле. Когато приложим Файнмановата сума по траектории към Айнщайновата представа за гравитацията, аналогът на траекторията на една частица вече е едно изкривено пространство-време, представящо траекторията на цялата Вселена. За да избегнем техническите трудности при действителното сумиране по траектории, тези изкривени пространства-времена трябва да се приемат за Евклидови. Така времето е имагинерно и неразграничимо от посоките в пространството. За да изчислим вероятността за намиране на реално пространство-време с някакво конкретно свойство, като например това да изглежда едно и също от всяка точка и във всяка посока, сумираме вълните, свързани с всички траектории, които притежават това свойство.
В класическата обща теория на относителността има много различно възможни изкривени пространства-време, като всяко отговаряна различно начално състояние на Вселената. Ако знаехме началното състояние на нашата Вселена, бихме узнали и цялата й история. По същия начин в квантовата теория на гравитацията има много различно възможни квантови състояния на Вселената. И отново, ако знаехме какво е поведението на Евклидовите

изкривени пространства-време в сумата по траектории за началните стадии, бихме узнали квантовото състояние на Вселената.
В класическата теория на гравитацията, която се базирана реално пространство-време, има само два възможни начина за поведение на Вселената тя или е съществувала в продължение на безкрайно време, или е имала начало в някаква сингулярност в определен момент отминалото. От друга страна, в квантовата теория на гравитацията се явява и трета възможност. Тъй като използваме Евклидови пространства-време, в които посоката навремето има същата основа както посоките в пространството, възможно е пространство-времето да е крайно по протежение и все пак да няма сингулярности, образуващи граница или край. Пространство-времето ще бъде като земната повърхност, с тази разлика, че ще има две измерения повече. Земната повърхност е крайна по протежение, но няма граница или край ако отплувате към залеза на Слънцето, няма да паднете от края или да попаднете в сингулярност. (Знам го, защото съм обикалял света!)
Ако Евклидовото пространство-време се простира назад до безкрайно имагинерно време или започва в сингулярност в имагинерно време, се сблъскваме със същия проблем както класическата теория при установяване на началното състояние на Вселената може би Бог знае как е започнала Вселената, но ние не можем да предложим никаква специална причина, за да смятаме, че началото е било едно или друго. От друга страна, квантовата теория на гравитацията откри нова възможност, при която не би имало граница за пространство-времето, така че няма да се налага да установяваме поведението в тази граница. Тук няма да има сингулярности, в които научните закони се провалят, нито пък крайна пространство-времето, при който да трябва да се обръщаме към Бог или към някой нов закон, който да постави граничните условия на пространство-времето. Бихме могли да кажем Граничното условие на Вселената е, че тя няма никаква граница Вселената ще бъде съвършено самостоятелна и няма да зависи от нищо извън самата нея. Тя няма нито да бъде създавана, нито разрушавана. Тя просто ЩЕ БЪДЕ.
Именно на споменатата конференция във Ватикана аз за първи път изложих предположението, че може би времето и пространството заедно образуват една повърхнина, която е крайна по размери, но няма граница или край. Моят доклад обаче беше по-скоро математически, така че следствията муза ролята на Бог в създаването на Вселената не бяха изобщо осъзнати по онова време (и толкова по-добре за мен. По времена конференцията във Ватикана не знаех как да приложа идеята за никаква граница, за да направя предсказания за Вселената. Следващото лято обаче прекарах в Калифорнийския университет Санта Барбара“. Там работихме с един мой приятели колега, Джим Хартъл, и изведохме какви условия трябва да удовлетворява Вселената, ако пространство-времето няма граница. Когато се върнах в Кеймбридж, продължих да работя с двама мои аспиранти, Джулиън
Лътръл и Джонатан Халиуел.
Тук трябва да отбележа, че идеята време и пространство да са крайни, но без граница, е само предположение: тя не може да се изведе от някакъв друг принцип. Както всяка научна теория първоначално тя можеше да се представи

от естетични или метафизични съображения, но реалното изпитание е дали тя прави предсказания, които се съгласуват с наблюденията. За квантова гравитация обаче това трудно може да се определи по две причини. Първо, както ще обясним в следващата глава, все още не сме съвсем сигурни коя теория успешно обединява общата теория на относителността с квантовата механика, макар да знаем доста затова, каква трябва да е една такава теория. Второ, всеки модел, който описва детайлно цялата Вселена, би бил прекалено сложен математически, за да можем да пресметнем точните предсказания. Поради това се налага да направим опростяващи допускания и приближения, но дори и тогава проблемът за предвижданията си остава много сериозен.
Всяка траектория в сумата по траектории ще описване само пространство-времето, но и всичко в него, включително сложни организми като човешките същества, които могат да наблюдават траекторията на Вселената. Това е може би още едно оправдание за антропния принцип, защото, ако всички траектории са възможни, то след като ние съществуваме в една от траекториите, можем да си послужим с антропния принцип, за да обясним защо Вселената е такава, каквато е. Точно какъв смисъл можем да придадем на другите траектории, в които ние не съществуваме, не е ясно. Това гледище на квантовата теория на гравитацията би било много по-задоволително обаче, ако можехме да покажем, че като използваме сумата по траектории, нашата Вселена е не само една от възможните, но и една от най-вероятните траектории. За да направим това, трябва да извършим сумиране по траекториите за всички възможни Евклидови пространства-време, които нямат граница.
От идеята за никаква граница научаваме, чеда установим коя от повече възможни траектории ще следва Вселената, има пренебрежимо малък шанс, но че има една особена фамилия от траектории, които са много по-вероятни от другите. Тези траектории можем да оприличим наземната повърхност, като разстоянието от Северния полюс представлява имагинерното време, а размерът на кръга на постоянно разстояние от Северния полюс представлява пространствената големина на Вселената. Вселената започва като точка в Северния полюс. Когато се движим на юг, кръговете на географската широчина при постоянно отстояние от Северния полюс стават по-големи, което отговаряна вселена с разширяване в имагинерно време (фиг. 8.1). Вселената достига максимален размер при екватора и би се свила с нарастване на имагинерното време до точка в Южния полюс. Макар че Вселената ще има нулев размер в Северния и Южния полюс, тези точки са сингулярности не повече, отколкото самите Северен и Южен полюс върху земната повърхност са сингулярности. Научните закони ще са в сила и в тях, също както и в Северния и Южния полюсна Земята.
Траекторията на Вселената в реално време обаче ще изглежда съвсем различно. Преди около 10–20 млрд. години тя ще има минимален размер, равен на максималния радиус при траекторията в имагинерно време. В по- късно реално време Вселената ще се разширява като хаотичния инфлационен модел, предложен от Линде (но сега няма да се налага да приемаме, че Вселената е била сътворена по някакъв начин в правилно състояние. Вселената ще се разшири до много голям размери накрая отново ще колапсира до нещо, подобно на сингулярност в реално време. Така, в известен смисъл, всички ще бъдем пак орисани, макари да се пазим от черни дупки. Само ако успеем да представим Вселената чрез имагинерно време, ще избегнем сингулярностите.
Ако Вселената действително е в такова квантово състояние, няма да съществуват сингулярности в историята й в имагинерно време. Оттук следва, изглежда, че по-новите ми работи напълно са обезсилили резултатите от предишните ми работи върху сингулярностите. Но, както посочих по-горе, действителното значение на теоремите за сингулярност е, че според тях гравитационното поле трябва да стане толкова силно, чеда не може да се пренебрегнат квантовите гравитационни ефекти. Това от своя страна води до идеята, че Вселената Може да е крайна в имагинерно време, но без граници или сингулярности. Когато се върнем в реалното време, в което живеем, обаче, пак ще се натъкнем на сингулярности. Бедният астронавт, който пада в черна дупка, пак ще стигне до задънена улица само ако живееше в имагинерно време, той нямаше да срещне сингулярности.
Това би предположило т.нар. имагинерно време всъщност да е реално време, а това, което наричаме реално време, да е просто фикция на въображението ни. В реално време Вселената има начало и край в сингулярностите, които образуват граница за пространство-времето и в които научните закони не важат. Нов имагинерно време няма нито сингулярности, нито граници. Така че може битова, което наричаме имагинерно време, е всъщност по-основното, а това, което наричаме реално, е просто една идея, която смеси измислили, за да ни помогне да опишем как си представяме Вселената. Но според подхода, който изложих в глава 1, научната теория е просто математически модел, който изграждаме, за да опишем нашите наблюдения той съществува само в нашето съзнание. Така че е безсмислено да питаме Кое е реално — реалното или имагинерното време Въпросът е просто кое е по-подходящо за описанието.
Можем да използваме и сумата по траектории в съчетание с условието без никаква граница, за да определим кои от свойствата на Вселената могат да се проявят съвместно. Така например можем да изчислим вероятността

Вселената да се разширява с почти една и съща скорост във всички различни посоки в момента, когато плътността на Вселената има сегашната стойност. В опростените модели, изследвани досега, тази вероятност се оказва висока те. предложеното условие без никаква граница води до предсказването, че е изключително възможно сегашната скоростна разширение на Вселената да е почти една и съща във всички посоки. Това е в съгласие с наблюденията върху микровълновото фоново лъчение, които показват, че интензитетът му е почти точно един и същ във всички посоки. Ако Вселената се разширяваше по-бързо в някои посоки, отколкото в други, интензитетът на лъчението в тези посоки би станал по-малък поради допълнителното червено отместване.
Другите предсказвания от условието без никаква граница са в процес на уточняване. Един особено интересен проблем е големината на малките отклонения от еднородната плътност в ранната Вселена, които са причина за образуването първо на галактиките, след това на звездите и накрая на самите нас, Според принципа на неопределеността ранната Вселена не би могла да е напълно еднородна, защото трябва да е имало някои неопределености или флуктуации в положенията и скоростите на частиците. С помощта на условието без никаква граница ние установяваме, че фактически Вселената трябва да е започнала с минималната възможна нееднородност, допустима от принципа на неопределеността. След това тя е преминала през период на рязко разширение както при инфлационните модели. През този период началните нееднородности трябва да са се усилвали, докато са станали достатъчно големи, за да обяснят произхода на структурите, които наблюдаваме около нас. В една разширяваща се Вселена, където плътността на материята леко се променя от място към място, гравитацията би причинила по-плътните области да забавят разширението си ида започнат да се свиват. Това води до образуването на галактики, звезди и най-сетне даже на такива нищожни същества като нас. Така всички сложни образувания, които виждаме във Вселената, могат да се обяснят чрез условието без никаква граница за Вселената в съчетание с принципа на неопределеността от квантовата механика.
Идеята, че пространството и времето могат да образуват затворена повърхнина без граница, също има съществени следствия за ролята на Бог в работите на Вселената. Успешното описание на събитията с помощта на научни теории накара повечето да вярват, че Бог разрешавана Вселената да се развива според група закони и не се намесва във Вселената, за да нарушава тези закони. Законите обаче не ни казват как би изглеждала Вселената в началото. От Бог зависи да навие часовника ида избере началото й. Доколкото Вселената има начало, можем да предполагаме, че има създател. Но ако Вселената е напълно самостоятелна, без граница или край, тя няма нито начало, нито край тя просто съществува. Къде тогава е мястото на създателя. СТРЕЛАТА НАВРЕМЕТО В предишните глави видяхме как нашите представи за природата навремето са се променяли с годините. Чак до началото на нашия век хората вярваха в абсолютното време. Така всяко събитие може да се означи с число, наречено време, по единствен начини интервалът от време между две събития за всички -точни часовници ще бъде един и същ. Откритието, че скоростта на светлината изглежда една и съща за всеки наблюдател независимо от това, как той се движи, доведе обаче до теорията на относителността, а в нея се наложи да се откажем от идеята заедно- единствено абсолютно време. Вместо него всеки наблюдател има собствена мярка за време, отчитана по негови л часовника часовниците на различни наблюдатели не непременно се съгласуват. Така времето се превърна в една по-лична представа, свързана с наблюдателя, който го измерва.
Когато се опитваме да обединим гравитацията с квантовата механика, се налага да въведем понятието имагинерно време. Имагинерното време е неразграничимо от посоките в пространството. Ако вървим на север, можем да се обърнем ида тръгнем на юг по същия начин, ако вървим напред в имагинерното време, би трябвало да можем да се обърнем ида тръгнем назад. Тава означава, че в имагинерното време не е възможно да има съществена разлика между посоките напреди назад. От друга страна, когато става въпрос за реално време, както всички знаем, разликата между напреди назад е твърде голяма. Откъде идва тази разлика между минало и бъдеще Защо помним миналото, а не бъдещето?
Научните закони не правят разлика между минало и бъдеще. Поточно, както вече обяснихме, научните закони не се променят при комбиниране на операциите или симетриите, познати като C, P и T (C означава смяна на частици с античастици. P значи огледално изображение, в което лявото и дясното са разменени. А T значи обръщане на посоката на движение на всички частици всъщност движение в обратна посока, назад) Научните закони, които управляват поведението на материята при всички нормални ситуации, не се променят при комбиниране на двете операции C и P сами по себе си. С други думи, животът на жителите на друга планета, които са наши огледални образи и са от антиматерия, а не от материя, ще бъде съвсем същият като нашия.
След като научните закони не се променят при комбиниране на операциите C и P, както и от комбинацията C, P и T, те би трябвало да не се променят и само при операция T. И въпреки това в обикновения живот в реално време съществува голяма разлика между посоките напреди назад. Да си представим чаша свода, която пада от масата и се счупвана парченца на пода. Ако я заснемете, можете лесно да кажете дали се движи напред или назад. Ако пуснете филма обратно, ще видите как парченцата внезапно се слепват на пода и скачат обратно на масата като цяла чаша. Вие можете да кажете дали филмът се движи назад, защото този вид поведение никога не се наблюдава в обикновения живот. Ако не беше така, стъкларите щяха да станат излишни.
Обяснението, което обикновено се давана въпроса, защо не виждаме как счупената чаша се слепва и скача обратно на масата, е, че това е забранено според втория законна термодинамиката. Той твърди, че във всяка затворена

система хаосът, или ентропията, винаги нараства с времето. С други думи нещо като закона на Мърфи Работите винаги вървят зле Една здрава чаша на масата е състояние на пълен редно счупена чаша на пода е в състояние на безредие. Лесно можем да преминем от чаша на масата в миналото към счупена чаша на пода в бъдещето, но не и обратно.
Нарастването на хаоса, или ентропията, с времето е пример за т.нар. стрела навремето нещо, което разграничава миналото от бъдещето и дава посока навремето. Съществуват поне три различни стрели навремето. Първо, термодинамичната стрела навремето посоката навремето, в която хаосът, или ентропията, нараства. После — психологичната стрела навремето. Това е посоката, в която усещаме, че времето тече, посоката, в която помним миналото, но не и бъдещето. И накрая — космологичната стрела навремето. Това е посоката навремето, в която Вселената се разширява, а не се свива.
В тази глава ще се аргументирам затова, как условието без никаква граница за Вселената, съчетано със слабия антропен принцип, може да обясни защо и трите стрели имат една и съща посока и нещо повече — защо изобщо съществува добре дефинирана стрела навремето. Ще обсъдя как психологичната стрела се определя от термодинамичната и защо тези две стрели по необходимост винаги имат една и съща посока. Ако приемем за Вселената условието без никаква граница, ще видим, че трябва да съществуват добре дефинирани термодинамична и космологична стрела навремето, но те няма да имат една и съща посока през цялата история на Вселената. Но аз ще се аргументирам, че само когато те имат една и съща посока, условията са подходящи за развитието на интелигентни същества, които могат да зададат въпроса Защо хаосът нараства в същата посока навремето, както посоката, в която Вселената се разширява?
Ще се спра първо на термодинамичната стрела на времето.
Вторият законна термодинамиката идва от факта, че състоянията на хаос са винаги много повече от състоянията наред. Да разгледаме например два елемента от детска мозайка. Съществува едно и само едно подреждане, при което двата елемента участват в завършена картина. От друга страна, съществуват много голям брой подреждания, при които теса в хаотично състояние и не образуват завършена картина.
Да предположим, че една система тръгва от едно измежду малкия брой подредени състояния. С времето системата ще се развива по научните закони и нейното състояние ще се променя. На някакъв по-късен момент ще е по- вероятно системата да е в състояние на хаос, отколкото наред, защото хаотичните състояния са повече. Така с времето състоянието на хаос ще се стреми да нараства, ако системата се подчинявана начално условие за по- висок ред. Да предположим, че първоначално двата елемента от мозайката са подредени в кутия и образуват завършена картина. Ако разклатите кутията, те ще заемат друго подреждане. Вероятното ще е безредно и елементите няма да образуват картина просто защото хаотичните разположения са много повече. Някои групи от елементите ще образуват част от общата картина, но колкото повече разклащате кутията, толкова по-вероятно е тези групи да се

нарушат и елементите да се разбъркат така, че изобщо да не образуват никаква картина.
Така безредието в елементите вероятно ще нараства с времето, ако те се подчиняват на началното условие да са започнали от състояние на по-висок ред.
Да предположим обаче, че Бог е решил Вселената да завърши в състояние на пълен редно че няма значение от какво състояние е започнала. В ранни времена Вселената вероятно ще бъде в хаотично състояние. Това ще значи, че безредието ще намалява с времето. Ще станем свидетели на това, как счупената чаша събира парченцата си и скачана масата. Но всяко човешко същество, което наблюдава тази чаша, ще живее във вселена, в която безредието намалява с времето. Аз ще покажа, че за такова същество психологичната стрела навремето ще е обърната назад. Така то ще помни събитията от бъдещето, а не от тяхното минало. Когато чашата е счупена, за него тя ще е на масата, а когато е на масата, то няма да помни, че е била на пода.
Трудно е да се говори за човешката памет, защото не знаем как точно функционира мозъкът. Но знаем съвсем точно как функционира паметта на компютъра. Поради това ще разгледам психологичната стрела навремето за компютри. Смятам за логично да приемем, че стрелата за компютри е същата както за хора. Ако не беше така, щяхме да направим жесток ударна борсата с компютъра си, който би помнил утрешните цени!
Принципно паметта на компютъра е съставена от елементи, които са ведно от двете възможни състояния. Един прост пример е сметалото. В най- простия си вид то се състои от няколко телчета, върху всяко от които има топче, което може да се мести ведно от двете възможни положения. Преди да запишем елемент информация, паметта на компютъра е в състояние на безредие, сравни вероятности за двете възможни състояния. (Топчетата на сметалото са разпръснати безразборно върху телчетата) След като паметта взаимодейства със системата за запаметяване, тя определено ще мине в едното или другото състояние в зависимост от състоянието на системата. Всяко топче на сметалото е или отляво, или отдясно по телчето) Така паметта преминава от състояние на безредие в състояние на порядък. Но за да сме сигурни, че паметта е в Правилно състояние, е необходимо да използваме известно количество енергия (да придвижим топчето или да захраним компютъра например) Тази енергия се разсейва под формата на топлина и увеличава степента на безредие във Вселената.
Можем да покажем, че това нарастване на безредието е винаги по-голямо от увеличаването на реда в самата памет. Така топлината, извеждана от вентилатора на компютъра, означава, че когато компютърът запаметява елемент информация, общото количество безредие във Вселената ще расте. Посоката навремето, в която компютърът запаметява миналото, е същата, в която нараства безредието.
Поради това нашето субективно усещане за посока навремето, психологичната стрела навремето, се определя в мозъка ни от термодинамичната стрела навремето. Също като компютъра ние трябва да

запомним нещата вреда на нарастване на ентропията. Това прави втория законна термодинамиката почти тривиален. Безредието нараства с времето, защото ние измерваме времето в посоката, в която безредието нараства. По- добър залог от този няма!
Но защо изобщо трябва да съществува термодинамична стрела навремето Или с други думи, защо Вселената трябва да е в състояние на пълен ред в единия крайна времето, този, който наричаме минало Защо не е винаги в състояние на пълен хаос В края на краищата това би изглеждало по- вероятно. И защо посоката навремето, в която хаосът нараства, е същата, в която Вселената се разширява?
В класическата обща теория на относителността не можем да предскажем как е започнала Вселената, защото всички познати ни научни закони са били невалидни в сингулярността на Големия взрив. Вселената трябва да е започнала от много гладко и подредено състояние. Това би трябвало да доведе до добре дефинирани термодинамична и космологична стрела навремето, както наблюдаваме. Но еднакво добре би започнала и от много набръчкано и хаотично състояние. В този случай Вселената вече е била в състояние на пълен хаос, така че безредието не би могло да нараства с времето. То или би останало постоянно, в който случай няма да има добре дефинирана термодинамична стрела навремето, или ще намалява, в който случай термодинамичната стрела навремето ще сочи обратно на космологичната стрела. Никоя от тези вероятности не се съгласува с нашите наблюдения. Но, както видяхме, класическата обща теория на относителността предсказва собствения си крах. Когато кривината на пространство-времето стане голяма, придобиват значение квантовите гравитационни ефекти и класическата теория престава да е добро описание на Вселената. За да разберем началото на Вселената, трябва да използваме квантовата теория на гравитацията.
Както видяхме в последната глава, за да определим състоянието на Вселената в квантовата теория на гравитацията, пак трябва да можем да кажем какво ще е поведението на възможните траектории във Вселената на границата на пространство-времето в миналото. Можем да избегнем трудността да се налага да описваме нещо, което не знаем и не можем да знаем, само ако траекториите удовлетворяват условието без никаква граница теса крайни по размерно нямат никакви граници, край или сингулярности. В този случай началото навремето ще бъде една регулярна, гладка точка от пространство- времето и Вселената ще трябва да започне разширението си от едно много гладко и подредено състояние. Тя не би могла да е напълно еднородна, защото по този начин би се нарушил принципът на неопределеността от квантовата теория. Би трябвало да има малки флуктуации в плътността и скоростта на частиците. Условието без никаква граница обаче налага тези флуктуации да са колкото е възможно по-малки в съгласие с принципа на неопределеността.
Вселената би започнала с период на експоненциално или инфлационно разширение, при което размерът й би трябвало да се увеличи с много голям фактор. По времена това разширение флуктуациите в плътността първоначално са оставали малки, но впоследствие са започнали да нарастват. Областите с плътност малко над средната е трябвало да се разширяват по-

бавно поради гравитационното привличане от допълнителната маса. Накрая тези области спират разширението си и колапсират, за да образуват галактики, звезди и същества като нас. Вселената започва от гладко и подредено състояние и с времето преминава в набръчкано и хаотично състояние. Това обяснява съществуването на термодинамичната стрела на времето.
Но какво ще стане, ако Вселената спре да се разширява и започне да се свива Ще се обърнели термодинамичната стрела и ще започнели безредието да намалява с времето Това би Довело до най-различни възможности из областта на научната фантастика за хората, оцелели от разширяващата се до свиващата се фаза. Дали ще наблюдават как счупената чаша се вдига от пода и скачана масата Ще могат ли да помнят утрешните Цени ида натрупат състояние на борсата Прекалено академично ще е да се тревожим затова, какво би станало, когато Вселената започне отново да колапсира, защото това няма да се случи поне през следващите 10 млрд. години. Но има един по-бърз начин да разберем какво ще стане да скочим в черна дупка. Колапсът на една звезда да образува черна дупка е твърде сходен на по-късните стадии от колапса на цялата Вселена. Така че, ако безредието ще намалява във фазата насвиване на Вселената, бихме могли да очакваме да намалява и вътре в черната дупка. Тогава може би астронавтът, попаднал в черна дупка, ще успее да спечели на рулетка, като запомни къде е отишло топчето, преди да е заложил. (За съжаление обаче няма да му се удаде да играе дълго, преди да бъде превърнат в макарон. Не би могъл ида ни уведоми за обръщането на термодинамичната стрела, нито да вложи в банка печалбата си, защото ще бъде пленен зад хоризонта на събития на черната дупка.)
Първоначално мислех, че безредието ще намалява, когато Вселената отново колапсира, защото според мен Вселената трябва да се върне до гладко и подредено състояние, когато отново стане малка. Това би значело фазата насвиване да е подобна на обръщане навремето във фазата на разширение. Тогава хората във фазата насвиване щяха да живеят живота си назад трябваше да умрат, преди да са се родили, ида стават все по-млади, колкото повече се свива Вселената.
Тази идея е примамлива, защото предоставя добра симетрия между фазите на разширение и свиване. Но не бихме могли да я приемем сама по себе си, независима от останалите идеи за Вселената. Въпросът е налагали се това по силата на условието без никаква граница, или не се съгласува с това условие Както казах, отначало мислех, че условието без никаква граница наистина налага намаляване на хаоса във фазата насвиване. Отчасти бях заблуден от аналогията със земната повърхност. Ако приемем Северния полюс за начало на Вселената, то краят на Веселената би трябвало да е подобен на началото, също както Южният полюс е подобен на Северния. Но Северният и Южният полюс отговарят на началото и края на Вселената в имагинерно време. Началото и краят в реално време могат да са много различни един от друг. Бях заблудени от работата си върху един прост модел на Вселената, в който фазата колапс изглежда като времето, обърнато във фазата разширение. Но един мой колега, Дон Пейдж, от Пенсилванския университет отбеляза, че условието без никаква граница не изисква фазата

свиване непременно да е времето, обратно на фазата разширение. След това един от моите студенти, Реймънд Лафлам, установи, че в малко по-сложен модел колапсът на Вселената е твърде различен от разширението. Разбрах, че съм допуснал грешка условието без никаква граница налага хаосът фактически да продължава да нараства по времена свиването. Термодинамичната и психологичната стрела навремето не се обръщат нито когато Вселената отново започне да се свива, нито във вътрешността на черна дупка.
Какво би направил човек, когато открие, че е допуснал подобна грешка Някои никога не биха си признали, чеса сбъркали, и биха продължили да търсят нови, често взаимно изключващи се аргументи в своя подкрепа — както
Едингтън се противопостави на теорията начерните дупки. Други ще твърдят, че преди всичко никога не са поддържали неправилния възглед или ако са го подкрепяли, то е било само за да покажат, че е несъстоятелен. На мен ми се струва много по-подходящо и по-малко смущаващо, ако публично признаете грешката си. Един такъв добър пример е Айнщайн, който нарече космологичната константа, въведена от него при опит да изгради статичен модел на Вселената, най-голямата грешка в живота си.
Да се върнем към стрелата навремето. Остава въпросът Защо ние наблюдаваме термодинамичната и космологичната стрела да имат една и съща посока Или с други думи, защо хаосът расте в същата посока навремето, в която Вселената се разширява Ако вярваме, че Вселената ще се разшири и после отново ще се свие, както изглежда налага условието без никаква граница, въпросът се превръща в защо съществуваме във фазата на разширение, а не във фазата свиване. На този въпрос можем да отговорим въз основана слабия антропен принцип. Условията във фазата свиване няма да са подходящи за съществуването на разумни същества, способни да запитат Защо хаосът расте в същата посока навремето, в която Вселената се разширява Инфлацията в ранните стадии на Вселената, която условието без никаква граница предсказва, означава Вселената да трябва да се разширява със скорост, много близка до критичната, при която точно да се избегне повторният колапс, така че за дълго време няма да има повторен колапс. Дотогава всички звезди ще са изгаснали, а протоните и неутроните в тях ще са се разпаднали на леки частици и излъчване. Вселената ще бъде в състояние на почти пълен хаос. Вече няма да има силна термодинамична стрела навремето. Хаосът няма да може много да нараства, защото Вселената вече ще е достигнала състояние на почти пълно безредие. Но за да има разумен живот, трябва да действа силна термодинамична стрела. За да оцелеят, хората трябва да консумират храна, която е подредена форма на енергията, ида я превръщат в топлина, която е неподредена форма на енергията. Така разумен живот не би могъл да съществува във фазата свиване на Вселената. Това е обяснението на въпроса, защо термодинамичната и космологичната стрела навремето имат една и съща посока. Не разширението на Вселената причинява нарастването на хаоса. По-скоро условието без никаква граница заставя безредието да нараства и създава условия, благоприятни за разумен живот само във фазата разширение.

Да резюмираме. Научните закони не правят разлика между посоките напреди назад във времето. Съществуват обаче поне три стрели навремето, които разграничават минало от бъдеще. Това са термодинамичната стрела посоката навремето, в която хаосът нараства психологичната стрела посоката навремето, в която помним миналото, а не бъдещето и космологичната стрела — посоката навремето, в която Вселената се разширява, а не се свива. Аз показах, че психологичната стрела е по същество една и съща с термодинамичната, така че двете винаги имат една и съща посока. Условието без никаква граница за Вселената предсказва съществуването на добре дефинирана термодинамична стрела навремето, защото Вселената трябва да тръгва от гладко и подредено състояние. А причината да наблюдаваме съгласие между термодинамичната и космологичната стрела е, че разумни същества могат да съществуват само във фаза разширение. Фазата свиване ще бъде неподходяща, тъй като няма силна термодинамична стрела на времето.
Прогресът на човечеството в разбирането на Вселената е внесъл малко кътче наред в една Вселена с нарастващо безредие. Ако запомните всяка дума от тази книга, в паметта ви ще се съхраняват около 2 млн. единици информация редът в паметта ви ще сее увеличил с приблизително 2 млн. единици. Но докато стечели книгата, вие сте преобразували поне хиляда калории енергия на реда във видна храна в енергия на безредието под формата на топлина, която сте загубили във въздуха около вас чрез конвекция и потене. Тя ще увеличи хаоса във Вселената с около 2×10 25
единици или около 10 19
пъти повече отреда във вашия мозък, но само при условие че сте запомнили всичко прочетено. В следващата глава ще се опитам да подобря реда в нашата джунгла още малко, като обясня как учените се опитват да нагодят частните теории, които описах, една към друга, за да се получи завършена единна теория, която да обхваща всичко във Вселената. ОБЕДИНЕНИЕТО НА ФИЗИКАТА
Както обяснихме в първа глава, създаването на една завършена единна теория за всичко във Вселената с един замах е много трудно. Ето защо прогресът се постига чрез намиране на частни теории, описващи ограничен обхват от събития, и чрез пренебрегване на останалите ефекти или численото им апроксимиране. Химията например ни позволявала изчислим взаимодействията между атомите, без да познаваме вътрешния строеж на атомното ядро) В крайна сметка обаче ние се надяваме да намерим една завършена, състоятелна, единна теория, която да включва всички тези частни теории като приближения и която не се налага да пригаждаме към фактите, подбирайки стойности за някои произволно избрани числа в теорията. Търсенето на такава теория е известно като обединение на физиката. Айнщайн прекара повечето от последните си години в безуспешно търсене на единна теория, но времето не беше дошло съществуваха частни теории за гравитацията и електромагнитната сила, но за ядрените сили се знаеше твърде

малко. Освен това Айнщайн отказа да повярва в реалността на квантовата механика независимо от важната си роля в нейното създаване. И все пак, изглежда, че принципът на неопределеността е фундаментално свойство на Вселената, в която живеем. Поради това една успешна единна теория непременно трябва да включва този принцип.
Както ще опиша по-нататък, перспективите да се намери такава теория, изглежда, са вече много подобри, тъй като вече знаем много повече за Вселената. Но трябва да се пазим от прекалена самоувереност вече сме преживявали преждевременни радости В началото на този век например се смяташе, че всичко може да се обясни чрез термини от свойствата на непрекъснатата материя като свойството еластичност или топлопроводимост. Откриването на строежа на атома и принципа на неопределеността постави категоричен крайна това. Впоследствие, през 1928 г. физикът и Нобелов лауреат Макс Борн каза пред посетители в Гьотингенския университет Физиката, такава, каквато я познаваме, ще стигне до своя край за шест месеца Неговата увереност се базираше на наскоро откритото от Дирак уравнение, управляващо електрона. Предположи сече подобно уравнение би управлявало и протона, който по онова време беше единствената друга позната частица, и че това ще е краят на теоретичната физика. Откриването на неутрона и ядрените сили обаче ни нанесе поредния удар. Казвайки това, аз продължавам да вярвам, че предпоставки за умерен оптимизъм има и че може би сме достигнали края на търсенето на последните закони в природата.
В предишните глави описах общата теория на относителността, частната теория на гравитацията и частните теории, които управляват слабото, силното и електромагнитното взаимодействие. Последните три могат да се съчетаят в т.нар. теории на Великото обединение, които не са много удовлетворителни, защото не включват гравитацията и защото съдържат някои величини, като относителните маси на различните частици, които не могат да се предскажат теоретично, а се налага да бъдат подбирани така, чеда съответстват на наблюденията. Основната трудност мри намирането на теория, обединяваща гравитацията с останалите сили, е, че общата теория на относителността е класическа теория, те. тя не включва принципа на неопределеността от квантовата механика. От друга страна, останалите частни теории съществено зависят от квантовата механика. Ето защо първата необходима стъпка е да съчетаем общата теория на относителността с принципа на неопределеността. Както видяхме, това може да доведе до някои забележителни последствия, като например черните дупки да не са чак толкова черни и Вселената да няма сингулярности, ада е напълно независима и без граница. Бедата е, както обясних в глава VII, че според принципа на неопределеността дори празното пространство е изпълнено с двойки виртуални частица/античастица. Тези двойки притежават безкрайно количество енергия и поради това според знаменитото уравнение на Айнщайн E = mc² ще имат и безкрайна маса. Ето защо тяхното гравитационно привличане ще изкриви Вселената до безкрайно малък размер.
И в другите частни теории се наблюдават твърде сходни, наглед абсурдни безкрайности, но във всички тези случаите могат да се отстранят чрез

процедура, наречена пренормировка. Тя е свързана с унищожаване на безкрайностите чрез въвеждане на други безкрайности. Макар този метод да е твърде съмнителен от математическа гледна точка, изглежда, че на практика действа и е бил използван в тези теории за предсказания, които изключително точно се съгласуват с наблюденията. Пренормировката обаче има един сериозен недостатък по отношение опита да намерим една завършена теория, защото означава, че действителните стойности на масите и големината насилите не могат да се предскажат от теорията, а трябва така да се подберат, чеда съответстват на наблюденията.
Когато се опитваме да въведем принципа на неопределеността в общата теория на относителността, има само две величини, които трябва да се подбират гравитационната сила и стойността на космологичната константа. Но тяхното подбиране не е достатъчно да отстрани всички безкрайности. Излиза, че разполагаме с теория, която предсказва, че някои величини, като кривината на пространство-времето, са наистина безкрайни, а тези величини могат да се наблюдават и измерват и са крайни Този проблем при съчетаването на общата теория на относителността с принципа на неопределеността беше подозиран от известно време, но окончателно бе потвърден от подробни изчисления през
1972 г. Четири години по-късно бе предложено едно възможно решение, наречено „супергравитация“. Идеята беше да се комбинира частицата със спин
2, наречена гравитон, която пренася гравитационното взаимодействие, с някои други нови частици със спин 3/2, 1, 1/2 и 0. В известен смисъл тогава всички частици могат да се разглеждат като различни прояви на една и съща
„свръхчастица“, като по този начин ще се обединят материалните частици със спин 1/2 и 3/2 с частиците, пренасящи взаимодействие със спин 0, 1 и 2. Двойките виртуални частица/античастица със спин 1/2 и 3/2 ще имат отрицателна енергия, така че ще се стремят да унищожат положителната енергия на двойките виртуални частици със спин 2, 1 и 0. По този начин ще се унищожат много от възможните безкрайности, но се подозираше, че някои безкрайности биха могли да останат. Обаче изчисленията, необходими да се установи дали остават неунищожени безкрайности, са толкова продължителни и трудни, че никой небе готов да се заеме с тях. Предполагаше сече дори с компютър ще отнемат поне четири години, а вероятността човек да допусне поне една грешка, а може би и повече, е твърде голяма. Така че дали отговорът ще е верен, бихме разбрали само ако още някой повтори изчисленията и получи същия отговора това не изглеждаше твърде правдоподобно!
Независимо от тези проблеми и от факта, че частиците от теориите за супергравитацията, изглеждане съответстваха на наблюдаваните, повечето учени смятаха, че вероятно супергравитацията е правилното решение на проблема по обединението на физиката. Тя бе приета като най-добрия начин за обединяване на гравитацията с другите взаимодействия. През 1984 г. обаче везните натежаха в полза на т.нар. струнни теории. В тези теории основните обекти не са частици, заемащи една-единствена точка в пространството, а обекти, които имат дължина, но не и друго измерение, подобни на безкрайно тънка част от струна. Тези струни могат да имат край (т.нар. отворени струни) или да бъдат свързани сами със себе сив затворени примки (затворени струни)

(фиг. 10.1 и фиг. 10.2). Една частица във всеки момент заема една точка от пространството. Така нейната траектория може да се представи с линия в пространство-времето (мирова линия. Една струна, от друга страна, във всеки момент заема линия в пространството. Така нейната траектория в пространство-времето е двумерна повърхнина, наречена мирови слой. (Всяка точка от този мирови слой може да се опише с две числа едното, определящо времето, а другото — положението на точката върху струната) Мировият слой на една отворена струна е лента нейните ръбове представляват траекториите на краищата на струната през пространство-времето (фиг. 10.1). Мировият слой на една затворена струна е цилиндър или тръба (фиг. 10.2); сечението през тръбата е кръг, представляващ положението на струната вдаден момент.
Две части от струна могат да се свържат ида образуват единична струна отворените струни просто свързват краищата си (фиг. 10.3), но когато са затворени, се получава нещо като двата крачола на панталон (фиг. 10.4). По същия начин парче от струна може да се раздели надве струни. В струнните теории това, което по-рано се приемаше за частици, сега се представя като вълни, които се движат по струната подобно на вълните по трептящата връвчица на хвърчило. Излъчването или поглъщането на една частица от друга отговаряна разделянето или свързването на струни. Гравитационната сила на Слънцето върху Земята например се представя в теориите на елементарните частици като резултат от излъчването на гравитон от частица на Слънцето и неговото поглъщане от частица на Земята (фиг. 10.5). В струнните теории този процес отговаряна тръба с профил Н (фиг. 10.6). (В известен смисъл струнните теории са нещо като водопроводно дело) Двете вертикални части на Н
отговарят на частиците в Слънцето и Земята, а напречната хоризонтална пресечка отговаряна гравитона, който се движи между тях.

Струнната теория има интересна история. Първоначално тя е изобретена в края на те години при опит да се намери теория за описване на силното взаимодействие. Идеята е, че частици като протона и неутрона могат да се разглеждат като вълни по струна. Силните взаимодействия между частиците биха отговаряли на части от струна, които се вплитат между други нейни участъци подобно на паяжина. За да може тази теория да даде наблюдаваната стойностна силното взаимодействие между частиците, струните би трябвало да сакато каучукови ремъци, с спъване около десет тона. През 1974 г. Жоел
Шерк от Париж и Джон Шварц от Калифорнийския технологичен институт

публикуваха работа, в която показаха, че струнната теория може да опише гравитационната сила, но само ако разтягането на струната е много по-голямо
— приблизително 1039 тона. Предсказанията на струнната теория при нормални по мащаб дължини са точно същите както при общата теория на относителността, но при съвсем малки разстояния, по-малки от 10
–33
см, те ще се различават. На работата им обаче небе обърнато особено внимание, защото почти по същото време първоначалната струнна теория при силното взаимодействие бе изоставена и бе предпочетена теорията, основана върху кварки и глуони, която сякаш много по-добре се съгласуваше с наблюденията.
Шерк загина при трагични обстоятелства (той страдаше от диабети изпадна в кома, когато нямаше никой край него, за да му постави инжекция инсулин. Така
Шварц остана почти единственият поддръжник на струнната теория, но вече при много по-висока предложена стойност за разтягане на струната.
През 1984 г. интересът към струните внезапно се възроди, очевидно по две причини. Едната, че всъщност не беше постигнат особен напредък в доказването на крайния характерна супергравитацията, нито че с нейна помощ могат да се обяснят различните видове частици, които наблюдаваме. Другата бе публикацията на Джон Шварц и Майк Грийн от колежа „Куин Мери в Лондон, която показа, че може би теорията на струните ще успее да обясни съществуването на частици, притежаващи присъща лява ориентация като някои от частиците, които наблюдаваме. Независимо от причината голям брой учени скоро започнаха да работят по струнната теория и бе развит нов вариант
— т.нар. хетеротична струна, който сякаш щеше да обясни видовете частици, които наблюдаваме.
Струнните теории също водят до безкрайности, но се смята, че всичките се унищожават при варианти като хетеротичната струна (макар че все още не е съвсем сигурно. Струнните теории обаче се сблъскват с голям проблем теса състоятелни само ако пространство-времето е сили измерения, а не с

обикновените четири Разбира се, допълнителните измерения на пространство- времето са нещо обичайно за научната фантастика всъщност теса почти наложителни, защото иначе фактът, че относителността налага да не можем да се движим по-бързо от светлината, означава, че пътешествията до звезди и галактики ще отнемат много повече време. Научнофантастичната идея се крие в предположението, че е възможно да преминем напряко през по-високо измерение. Това може да се представи последния начин. Приемете, че пространството, в което живеем, има само две измерения и е изкривено като повърхността на спасителен пояс или тор (фиг. 10.7). Ако сте от вътрешната страна на пръстена и искате да стигнете до точка от отсрещната страна, трябва да се движите по вътрешната обиколка на пръстена. Но ако можете да пътувате в третото измерение, просто ще пресечете.
Защо не забелязваме всички тези допълнителни измерения, ако те наистина съществуват Защо виждаме само три пространствени и едно времево измерение Предположението е, че останалите измерения са изкривени в пространство с много малък размер, нещо като 10 30
част от инча. То е толкова малко, че просто него забелязваме ние виждаме само едно времево измерение и три пространствени измерения, в които пространство- времето е почти плоско. Нещо като повърхността на портокал ако я гледате отблизо, тя е обла и набръчкана, но от разстояние няма да виждате грапавините и тя ще изглежда гладка. Така е и с пространство-времето: в съвсем малки мащаби то е десетмерно и силно изкривено, нов по-големи мащаби няма да виждате кривината или допълнителните измерения. Ако тази картина е вярна, тя носи лоши новини за бъдещите космически пътешественици допълнителните измерения ще бъдат прекалено малки, за да пропуснат космическия кораб. Тук обаче възниква друг голям проблем. Защо само някои, а не всички измерения да са свити до малка топка Вероятно в съвсем ранната Вселена всички измерения са били изкривени. Защо едното измерение време и трите пространствени са се изгладили, докато другите са останали плътно навити?
Един възможен отговор е антропният принцип. Изглежда, че две пространствени измерения не са достатъчни за развитието на такива сложни организми като нас. Ако на едномерна земя живеят двумерни същества, те ще трябва да се прескачат, за да се разминат. Когато двумерното същество се храни, то няма да може да смели храната си напълно и ще трябва да изхвърля остатъците по същия път, по които е приело храната, защото, ако имаше канал през тялото му, той би разцепил съществото надве отделни части нашето двумерно същество ще се раздели наполовина (фиг. 10.8). По същия начин трудно бихме си представили някакво кръвообращение ведно двумерно същество.
Ще срещнем проблеми и при пространство с повече от три измерения. Гравитационната сила между две тела ще намалява по-бързо с разстоянието, отколкото при три измерения. (При три измерения гравитационната сила спада до 1/4 с увеличаване на разстоянието два пъти. При четири измерения тя ще спадне допри пет дои т.н. ) В резултатна това орбитите около Слънцето на планети като Земята ще станат нестабилни и най-малкото

отклонение от кръгова орбита, причинено от гравитационно привличане на други планети, ще застави Земята да се движи поспирала към Слънцето или в обратна посока. Тогава или ще изгорим, или ще замръзнем. Всъщност зависимостта на гравитацията от разстоянието при пространство с повече от три измерения означава, че Слънцето няма да може да съществува в стабилно състояние с равновесие между налягане и гравитация. То или ще се разпадне, или ще колапсира и ще образува черна дупка. И в двата случая то вече няма да е особено полезно като източник на топлина и светлина за живота на Земята. В по-малки мащаби електрическите сили, на които се дължи обикалянето на електроните по орбити около ядрото на атома, ще имат същото поведение както гравитационните сили. Така електроните или съвсем ще се откъснат от атома, или ще се придвижат поспирала към ядрото. И в двата случая това няма да са атомите, които познаваме.
Изглежда, е ясно, че животът, поне какъвто го познаваме, може да съществува само в такива области от пространство-времето, в които времето и трите пространствени измерения не са свити до малки размери. Това значи, че можем да се обърнем към слабия антропен принцип, при условие че покажем, че струнната теория поне позволява съществуването на такива области от Вселената, а, изглежда, тя наистина позволява. Може би има и други области от Вселената или други вселени (каквото ида значи това), в които всички измерения са свити до малки размери или където повече от четири измерения са почти плоски, нов такива области не би имало разумни същества, които да наблюдават различния брой действителни измерения.
Извън въпроса за броя измерения, които, изглежда, пространство-времето има, струнната теория поставя и някои други проблеми, които трябва да се

решат, преди да можем да я провъзгласим за окончателна единна теория на физиката. Все още не знаем дали всички безкрайности се унищожават взаимно, нито как точно да свържем вълните по струната с конкретния вид частици, които наблюдаваме. Въпреки това е възможно през следващите няколко години да намерим отговорна тези въпроси и към края на века да знаем дали струнната теория е наистина отдавна търсената обединена теория на физиката.
Но можели наистина да има такава единна теория Или просто гоним един мираж Съществуват три възможности) Действително има завършена единна теория, която някой ден ще открием, ако сме достатъчно находчиви) Окончателна теория на Вселената няма. Съществува просто безкрайна поредица от теории, които все поточно и поточно описват Вселената) Теория на Вселената няма събитията не могат да се предскажат отвъд някаква степен, а настъпват случайно и произволно.
Някои биха пледирали в полза на третата възможност на основанието, че ако имаше една пълна система закони, това би попречило на Бог да промени решението си ида се намеси в света. Нещо като стария парадокс можели Бог да направи толкова тежък камък, чеда не е в състояние да го вдигне Но идеята, че Бог би желал да промени мнението си, е един пример за заблудата, отбелязана от св. Августин, представяйки Бог съществуващ във времето времето е свойство само на Вселената, създадена от Бог. Вероятно е знаел какво има предвид, когато го е казал!
С появата на квантовата механика ние започнахме да осъзнаваме, че събитията не могат да се предвидят с абсолютна точност, а винаги има известна степенна неопределеност. Ако ви харесва, можете да припишете този случаен характерна намесата на Бог, но това би била една твърде странна намеса няма доказателства тя да е преднамерена. И наистина, ако беше преднамерена, по дефиниция не би била случайна. Днес ние на практика сме премахнали третата възможности сме дефинирали целта на науката нашата задача е да формулираме група закони, която да ни позволи да предсказваме събитията само до границата, поставена от принципа на неопределеността.
Втората възможност, че съществува безкрайна поредица от все поточни теории, се съгласува с целия ни досегашен опит. В много случаи ние сме увеличили чувствителността на нашите измервания или сме провели нови наблюдения само за да открием нови явления, които не се предсказват от съществуващата теория, и за да ги отчетем, е трябвало да развием по- съвършена теория. Тогава няма нищо чудно, ако сегашното поколение от теории на Великото обединение се окаже погрешно в твърдението си, че нищо принципно ново няма да се случи между енергията на обединеното електрослабо взаимодействие около 100 GeV и енергията на Великото обединение от около 10 15
GeV. Бихме могли да очакваме да открием няколко нови пласта на структура, по-основна от кварките и електроните, които сега разглеждаме като елементарни частици.
Но възможно е гравитацията да постави граница върху тази поредица от кутии в кутии. Ако има частица с енергия над т.нар. Планкова енергия от 10 19

GeV, масата й ще бъде така концентрирана, че тя ще се откъсне от останалата Вселена и ще образува малка черна дупка. Следователно е възможно поредицата от все поточни теории да има известна граница, когато се приближаваме към все по-високи енергии, така че би трябвало да има някаква окончателна теория на Вселената. Разбира се, Планковата енергия е много далеч от енергиите 100 ОеУ, които са максимумът, достижим в момента лабораторно. В обозримото бъдеще надали ще достигнем Планковата енергия
Най-ранните стадии на Вселената обаче са арена, където такива енергии трябва да се появяват. Според мен изследванията на ранната Вселена и изискванията на математическа състоятелност предоставят добър шанс да стигнем до завършена единна теория още приживе, при условие че преди това сами не се взривим.
Какво би значело, ако наистина открием окончателната теория на Вселената Както беше обяснено в глава I, ние не можем никога да сме съвсем сигурни, че наистина сме открили правилната теория, тъй като теориите не могат да бъдат доказани. Но ако теорията е математически издържана и винаги дава предсказвания, които се съгласуват с наблюденията, можем да сме почти сигурни, че тя е вярна. Това би довело до края на една дълга и славна глава в историята на интелектуалната битка на човека да разбере Вселената. Но ще доведе и до революция в разбиранията на обикновения човек за законите, които управляват Вселената. По времето на Нютон бе възможно един образован човек да има представа от цялото човешко познание, поне в общи линии. Но развитието на науката оттогава насам направи това невъзможно. Тъй като теориите постоянно се променят, за да отчитат новите наблюдения, те никога не са напълно „смляни“ или опростени, така чеда са разбираеми за обикновения човек. Трябва да сте специалиста дори и тогава можете само да се надявате истински да разберете малка част от научните теории. Освен това темпът на прогрес е така бърз, че това, което учим в училище или в университета, е винаги малко остаряло. Малцина са тези в крак с бързо напредващия фронт на познанието и те трябва да отдават цялото си времена това да специализират в тясна област. Останалите имат малка представа за постигнатите успехи и радостта от тях. Преди 70 години ако трябва да вярваме на Едингтън, общата теория на относителността е била разбираема само за двама. Сега се разбира от десетки хиляди висшисти, а милиони хора са поне запознати с основната идея. Ако бъде открита една завършена единна теория, само въпросна време е тя да бъде смляна и опростена по същия начини да се преподава в училищата поне в общи линии. Тогава ще получим известна представа за законите, които управляват Вселената и на които дължим своето съществуване.
Но дори ида открием една завършена единна теория, това няма да значи, че ще можем да предсказваме всички събития изобщо поради две причини. Първата е ограничението, наложено от принципа на неопределеността от квантовата механика върху възможностите ни да предсказваме. Няма как да го избегнем. На практика обаче това първо ограничение не е така силно като второто. То идва от факта, чене можем да решим уравненията на теорията точно, освен за някои прости случаи. (Ние дори не можем да решим точно

уравнението за движение натри тела в Нютоновата теория на гравитацията, като трудността нараства с броя на телата и със сложността на теорията.)
Вече знаем законите, на които се подчинява материята при всички случаи с изключение на екстремните. По-конкретно, ние познаваме основните закони, залегнали в химията и биологията. И въпреки това съвсем не сме свели проблемите до равнището на решими задачи все още успехите ни в предвиждане на човешкото поведение с математически уравнения са малки Така че дори ида намерим завършена група основни закони, за следващите години пак ще остане предизвикателната за интелекта задача да разработим подобри методи за апроксимиране, така чеда можем да правим полезни предсказания за вероятния изход при сложни реални ситуации. Завършената, състоятелна единна теория е първата крачка нашата цел е пълно разбиране
на събитията, които ни заобикалят, както и на самото ни съществуване. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Живеем в един объркан свят. Искаме да открием смисъла на това, което ни заобикаля, ида запитаме Каква е природата на Вселената Какво е нашето място в нея и къде сме и откъде идваме Защо Вселената е такава, каквато е?
В опит да намерим отговорна тези въпроси си създаваме някаква картина на света. Такава картина е безкрайната кула от костенурки, на които се крепи плоската Земя такава е и теорията на свръхструните. И двете са теории на Вселената, макар последната да е много по-математична и поточна от първата. Ина двете теории липсват наблюдателни доказателства никой още не е виждал гигантска костенурка, върху чийто гръб е Земята, но никой не е виждали свръхструна. Теорията с костенурката обаче не може да е добра научна теория, защото според нея човек може да падне от ръба на света. А това не се съгласува с опита, освен ако се окаже, че това е обяснението за хората, за които се предполага да са изчезнали в Бермудския триъгълник!
Най-ранните теоретични опити да се опише и обясни Вселената съдържат идеята, че събитията и природните явления се контролират от духове с човешки емоции, които действат по твърде сходен и непредвидим човешки начин. Тези духове населявали природни обекти като реките и планините, както и небесните тела като Слънцето и Луната. Те трябвало да бъдат предразполагани ида се търси благоволението им, за да се гарантира плодородието на почвата и смяната на сезоните. Постепенно обаче станало ясно, че съществуват някои закономерности Слънцето винаги изгрявало от изток и залязвало на запад независимо от жертвоприношението пред бога- слънце. Нещо повече, Слънцето, Луната и планетите следвали точно определен ход по небето, който можел да се предвиди със значителна точност. Може би Слънцето и Луната пак са били божества, но божества, които спазват стриктни закони очевидно без каквито ида било изключения, ако пренебрегнем историите като тази, дето Слънцето спряло за Исус [Навин].
Първоначално тези регулярности и закони били очевидни само в астрономията и в малко други случаи. Нос развитието на цивилизацията и

особено през последните 300 години били откривани все нови и нови регулярности и закони. Успехът на тези закони довел Лаплас в началото на XIX в. до постулирането на научния детерминизъм, те. той предположил, че има група закони, които точно определят развитието на Вселената, ако в някой момент знаем нейното състояние.
Детерминизмът на Лаплас е непълен в две отношения. Той не казва как трябва да се изберат законите и не определя началното състояние на Вселената. Това било оставено на Бог. Бог трябвало да избере началното състояние на Вселената и законите, на които тя се подчинявано след началото небивало да се намесва в нея. Фактически Бог бил намесван в областите, неясни за науката на XIX в.
Ние вече знаем, че надеждите на Лаплас за детерминизъм не могат да се осъществят, поне по начина, който той е имал предвид. Принципът на неопределеността от квантовата механика налага някои двойки величини, като например положението и скоростта на една частица, да не могат едновременно да се предскажат с абсолютна точност.
Квантовата механика се справя с тази ситуация с помощта на клас от квантови теории, в които частиците нямат строго определени места и скорости, а се представят чрез вълна. Тези квантови теории са детерминистични в смисъл, че дават закони за изменение на вълната с времето. Така, ако знаем вълната вдаден момент, можем да я изчислим и за всеки друг момент. Непредвидимият, случайностен елемент се явява само когато се опитваме да интерпретираме вълната в термините положения и скорости на частиците. Но може би тук ние грешката може би няма положения и скорости на частици, а само вълни. Може би просто се опитваме да нагодим вълните към предвижданията си за положения и скорости. Резултатът от несъответствието е причината за видимата непредсказуемост.
На практика ние дадохме нова дефиниция на задачите на науката да открива закони, които да ни позволяват да предсказваме събитията чак до границите, наложени от принципа на неопределеността. Остава обаче въпросът как или защо са избрани законите и началното състояние на
Вселената?
В тази книга аз наблегнах особено на законите, които управляват гравитацията, защото именно тя оформя едромащабната структура на Вселената, макар да е най-слабата от четирите категории сили. Законите на гравитацията са несъвместими с доскоро съществувалото схващане, че Вселената не се изменя с времето фактът, че гравитацията винаги е привличаща, налага Вселената да е или разширяваща се, или свиваща се. Според общата теория на относителността в миналото трябва да е имало състояние на безкрайна плътност, Големият взрив, което състояние е фактическото начало навремето. Също така, ако цялата Вселена отново колапсира, ще трябва да настъпи друго състояние на безкрайна плътност в бъдеще, Големият срив, който ще бъде краят навремето. Дори и цялата Вселена да не претърпи повторен колапс, пак ще има сингулярности в локализирани области, които ще колапсират и образуват черни дупки. Тези сингулярности ще бъдат краят навремето за всеки, попаднал в черна дупка. В

Големия взриви в другите сингулярности всички закони престават да важат, така че Бог ще има пълната свобода да избира какво да става и какво да е началото на Вселената. Когато съчетаем квантовата механика с общата теория на относителността, изглежда, се явява една нова възможност, която не е съществувала преди че пространството и времето заедно могат да образуват крайно, четири-мерно пространство без сингулярности или граници, подобно наземната повърхностно с повече измерения. Може би тази идея ще обясни много от наблюдаваните свойства на Вселената като например едромащабната нееднородност, а също и по-дребномащабните отклонения от хомогенност като галактиките, звездите, а дори и човешките същества. Тя дори ще отчете стрелата навремето, на която сме свидетели. Но ако Вселената е съвсем самостоятелна, без сингулярности или граници и напълно се описва от единна теория, това би имало сериозни последици за ролята на Бог като създател.
Някога Айнщайн бе запитал Какъв избор е имал Бог при създаването на Вселената Ако предположението без никаква граница за Вселената е правилно, той въобще не е имал свобода при избора на началните условия. Но той пак би имал свободата да избере законите, на които се подчинява Вселената. Всъщност едва ли този избор е бил кой знае какъв може би една или няколко завършени единни теории като тази на хетеротичната струна, които сами по себе си са състоятелни и позволяват съществуването на такива сложни творения като човешките същества, които могат да изследват законите на Вселената ида питат каква е природата на Бога.
Но дори да има само една възможна единна теория, тя е просто система отправила и уравнения. Кое вдъхва живот на уравненията и заставя една Вселена да съществува заради тях Обикновеният научен подход при създаване на математически модел не може да отговори на въпросите, защо трябва да има Вселена, за да бъде описвана от този модел. Защо йена Вселената изобщо да се безпокои за съществуването си Толкова ли е непреодолима тази единна теория, чеда води до нейното съществуване Или се нуждае от съществуването на Създателя и ако е така — упражнявали той някакво друго влияние върху Вселената А кой е неговият създател?
Досега повечето учени бяха заети с разработването на нови теории, описващи какво е Вселената, за да зададат въпроса защо. От друга страна, хората, чиято работа е да питат защо, философите, не бяха в състояние да следят развитието на научните теории. През XVIII в. философите разглеждаха цялото човешко познание, включително науката, като своя области разискваха такива въпроси като Имали Вселената начало През XIX и XX в. обаче науката твърде много се технизира и математизира за философите, както и за всички други с изключение на малкото специалисти. Философите стесниха обсега на търсенията сив такава степен, че Витгенщайн, най-известният философ на нашия век, каза Единствената задача, оставаща пред философите, е езиковият анализ Какво падение за великите традиции на философията от Аристотел до Кант!
Но ако ние успеем да открием една завършена теория, тя своевременно трябва да стане разбираема като общо правило за всеки, а не само за неколцина учени. Тогава всички заедно, философи, учени и обикновени хора

ще могат да участват в обсъждането на въпроса, защо и ние, и Вселената съществуваме. Ако намерим отговорна този въпрос, това ще е окончателното тържество на човешкия разум, защото тогава ще знаем намеренията на Бога.
АЛБЕРТ АЙНЩАЙН
Връзката на Айнщайн със стратегията на атомната бомба е добре известна. Той подписа прочутото писмо до президента Франклин Рузвелт, принудило Съединените щати да приемат идеята сериозно, а после се ангажира в следвоенните усилия за предотвратяване на атомната война. Но това не бяха просто отделни действия научен, въвлечен в световната политика. Животът на Айнщайн, да си послужим с неговите собствени думи, е разделен между политиката и уравненията“.
Най-ранната политическа дейност на Айнщайн започва през Първата световна война, когато е професор в Берлин. Отвратен да гледа как се погубва човешкият живот, той се включва в антивоенните демонстрации. Неговата подкрепа на движението за гражданско неподчинение и откритото насърчаване към отказ от военна повинност малко допринасят за симпатията на колегите му. След войната той насочва усилията си към установяване на примирие и подобряване на международните отношения. И това нему донася популярности скоро тези негови действия правят трудно посещението му в Съединените щати дори като лектор.
Втората голяма кауза на Айнщайн е ционизмът. Макар да е евреин по произход, Айнщайн отхвърля библейската идея за Бог. Нарастващата заплаха от антисемитизъм както преди, така и по времена Първата световна война обаче го карат постепенно да се идентифицира с еврейската общности по- късно — да стане открит привърженик на ционизма. И отново липсата на популярност нему пречи да каже какво мисли. Неговите теории попадат под удари учредява се дори анти-айнщайнова организация. Един човек бива осъден за подстрекателство към убийството на Айнщайн (и глобен само шест долара. Но Айнщайн е по природа флегматик. Когато излиза книгата със заглавие „100 автори срещу Айнщайн, той отговаря Ако бях сбъркали един щеше да е достатъчен!“
През 1933 г. идвана власт Хитлер. Айнщайн е в Америка и заявява, че няма да се върне в Германия. Тогава нацистите обискират дома му и конфискуват банковата му книжка, а в един берлински вестник се появява заглавието Добри новини от Айнщайн — той няма да се върне. Пред лицето на нацистката заплаха Айнщайн отхвърля пацифизма, а по-късно, опасявайки сече немските учени ще създадат атомна бомба, предлага Съединените щати да построят своя.
Но още преди взривяването на първата атомна бомба той публично предупреждава за опасността от атомна война и предлага да се въведе международен контрол върху ядреното оръжие.
Усилията на Айнщайн през целия му живот за запазване намира вероятно са дали малък, да не кажа никакъв резултата и не може да се каже, чеса му

създали много приятели. Откритата му подкрепа на каузата на ционизма обаче намира признание през 1952 г, когато му предлагат поста президент на Израел. Той отказва, като заявява, че според него е твърде наивен за политик. Но вероятно действителната причина е друга. Да го цитирам отново Уравненията са по-важни за мен, защото политиката е за настоящето, а едно уравнение за вечността.“
ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ
Може би повече, отколкото на всеки друг на Галилей се дължи раждането на съвременната наука. Известният конфликт с Католическата църква е в основата на неговата философия, защото Галилей е един от първите, твърдели, че човек може да се надява да разбере света около себе си, и нещо повече — може да постигне това, като наблюдава действителността.
Галилей вярвал в теорията на Коперник (че планетите обикалят около Слънцето) още от самото начало, но едва когато открил доказателство в подкрепа на тази идея, започнал открито да я поддържа. Публикувал труд за теорията на Коперник, и тона италиански езика не, както било прието тогава, на латински, и скоро неговите възгледи намерили широка подкрепа извън средите научените. Това разгневило привържениците на Аристотел, които се съюзили срещу него и настояли Католическата църква да забрани учението на
Коперник.
Разтревожен, Галилей заминал за Рим, за да говори с католическите власти. Твърдял, че Библията няма за цел да каже каквото ида било за научните теории и е нормално да приемем, че когато Библията влиза в конфликт с разума, в тази си част тя има алегоричен характер. Но църквата се страхувала от скандал, който би подкопал борбата й срещу протестантството, и предприела репресивни мерки. През 1616 г. тя обявила учението на Коперник за лъжливо и грешно и наредила на Галилей никога вече да не защитава или поддържа това учение. Галилей се примирил.
През 1623 г. един дългогодишен приятел на Галилей станал папа. Галилей веднага се опитал да отмени декрета от 1616 г. Неуспял, но получил разрешение да напише книга, в която да разглежда както теорията на Аристотел, така и на Коперник, но при две условия да не взима страна и заключението да бъде, че в никакъв случай човек не може да разбере как действа светът, защото Бог може да постигне същия резултат по начин, който изобщо не можем да си представим, а ние не можем да налагаме ограничения върху всемогъществото на Бог.
Книгата Диалог за двете основни системи на света била завършена и публикувана през 1632 г. с пълната подкрепа на цензурата и веднага била приветствана в цяла Европа като литературен и философски шедьовър. Разбирайки, че хората гледат на книгата като убедителен аргумент в полза на учението на Коперник, папата бързо отрекъл някога да е разрешавал нейното публикуване. Той посочил, че макар да е получила официалната благословия на цензурата, Галилей е престъпил декрета от 1616 г. Той изправил Галилей

пред Инквизицията, която го осъдила на доживотен домашен арести му наредила публично да отрече теорията на Коперник. За втори път Галилей се примирил.
Галилей останал верен католик, но вярата му в независимостта на науката не била съкрушена. Четири години преди смъртта си през 1642 г, все още под домашен арест, ръкописът на втората му голяма книга бил тайно доставен на издател в Холандия. Именно този негов труд, наречен Две нови науки, повече и от подкрепата му на учението на Коперник, е началото на съвременната физика.
ИСАК НЮТОН
Исак Нютон не бил човек с лек характер. Отношенията му с останалите учени били всеизвестни. По-голямата част от живота си прекарал заплетен в горещи спорове. След публикуването на Математически принципи определено най-влиятелната книга, писана някога във физиката — Нютон бързо получил обществено признание. Бил издигнат за председател на Кралското дружество и станал първият учен със звание Лукасов професор.
Скоро след това Нютон се сблъскал с астронома Джон Фламстид от Кралското дружество, който по-рано му давал много необходими сведения за неговата книга Математически принципи, а сега отказвал да му осигури необходимата информация. Но Нютон не приемал току-така откази обърнал се към управителния съвет на Кралската обсерватория и се опитал да наложи веднага публикуването на данните. Накрая уредил конфискацията на труда на
Фламстид и подготовката муза публикация от смъртния враг на Фламстид —
Едмънд Халей. Но Фламстид отнесъл въпроса до съди своевременно получил съдебно решение, което забранявало разпространението на откраднатия труд. Нютон се вбесили потърсил възмездие, като систематично премахнал всички позовавания на трудове на Фламстид в по-късните издания на Математически принципи“.
Един по-сериозен спор възникнал с немския философ Готфрид Лайбниц.
Лайбниц и Нютон били разработили независимо един от друг клон от математиката, наречен математически анализ, който е в основата на съвременната физика. Макар вече да знаем, че Нютон е открил математическия анализ години преди Лайбниц, той е публикувал труда си много по-късно. Настъпила голяма суматоха по въпроса, кой е първият, като учените енергично защитавали и двамата съперници. Забележителното в случая е, че повечето от публикациите в защита на Нютон първоначално били дело на собствената му ръка те просто били подписани от името на негови приятели С разрастването на скандала Лайбниц допуснал грешката да се обърне към Кралското дружество за решаване на спора. В качеството сина негов председател Нютон назначил една безпристрастна комисия, случайно съставена само от негови приятели И нещо повече Нютон сам написал доклада, наредил Кралското дружество да го огласи, като публично обвинил
Лайбниц в плагиатство. Все още неудовлетворен, той публикувал анонимно

резюме на доклада в списанието на Кралското дружество. Говори сече след смъртта на Лайбниц, Нютон заявил дълбокото си удовлетворение, че е успял да разбие сърцето на Лайбниц“.
По времена тези два спора Нютон вече бил напуснал Кеймбридж и академичните среди. Той бил активен противник на католицизма в Кеймбридж, а по-късно и в Парламента и в крайна сметка бил възнаграден с доходния пост началник на Кралския монетен двор. Тук той приложил таланта сина непочтени язвителен човек по един социално по-приемлив начин, като успешно провел голяма кампания срещу фалшификаторите и дори изпратил неколцина на бесилката.
ИЗПОЛЗВАНИ ТЕРМИНИ

Изтегляне 0.73 Mb.

Сподели с приятели: