Книга за прос­транството и времето след лекциите, които изнесох в Харвард през 1982 г. За ранната Вселена вече има значителен брой книги



страница1/9
Дата23.07.2016
Размер2 Mb.
ТипКнига
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
КРАТКА ИСТОРИЯ НА ВРЕМЕТО

(от големия взрив до черните дупки) Стивън Хокинг

Реших да се опитам да напиша популярна книга за прос­транството и времето след лекциите, които изнесох в Харвард през 1982 г. За ранната Вселена вече има значителен брой книги

— от много добри, като книгата на Стивън Уайнбърг „Първите три минути", до много лоши, които няма да посоча. Стори ми се обаче, че никоя от тях всъщност не се обръща към въпросите, които ме доведоха до изследвания в космологията и квантовата теория: Откъде идва Вселената? Как и защо е започнала? Ще има ли край и ако да — какъв? Тези въпроси интересуват всички нас. Но съвременната наука така се технизира, че специалисти­те, способни да усъвършенстват математиката, необходима за описанието им, са твърде малко. И все пак основните идеи за произхода и съдбата на Вселената могат да се изложат без помощта на математиката във вид, който и хора без научна подготовка могат да разберат. Именно това се опитах да направя в тази книга. Читателят ще прецени доколко съм успял.

Някой ми каза, че всяко уравнение, което бих включил в книгата, ще намали наполовина търсенето й. Поради това реших изобщо да няма уравнения. Накрая обаче вмъкнах едно — знаменитото уравнение на Айнщайн Е = тс2. Надявам се да не уплаши половината от потенциалните читатели.

Като изключим редкия късмет да заболея от гръбначна мускулна атрофия, иначе съм късметлия почти във всяко отно­шение. Помощта и подкрепата на моята съпруга Джейн и на децата ми Робърт, Луси и Тими ми дадоха възможност да водя сравнително нормален живот и да направя успешна кариера. И пак бях късметлия, като избрах теоретичната физика, защото всичко за нея е в главата ми. Така че недъгът не беше сериозна пречка. Всички мои колеги учени без изключение ми бяха безкрайно полезни.

В първата, „класическа" фаза на кариерата най-близки колеги и сътрудници ми бяха Роджьр Пенроуз, Робърт Герок, Брандън Картър и Джордж Елис. Благодарен съм за помощта, която ми оказаха в съвместната ни работа. Тази фаза беше обобщена в книгата „Едромащабна структура на пространство — времето", която написахме с Елис през 1973 г. Не бих съветвал читателите да търсят в нея допълнителна информация: тя е много специална и твърде трудна за четене. Надявам се впос­ледствие да съм се научил да пиша по начин, по-лесен за разбиране.

Във втората, „квантова" фаза на дейността си, след 1974 г., мои най-близки сътрудници бяха Гари Гибънс, Дон Пейдж и Джим Хартъл. Много дължа на тях и на аспирантите си, които много ми помогнаха както във физическия, така и в теоретичния смисъл на думата. Необходимостта да поддържам ниво заради студентите си беше голям стимул за мен и ми се струва, че ме предпази от затъване в коловозите.

Голяма помощ за тази книга ми оказа моят студент Брайън Уит. През 1985 г. се разболях от пневмония, след като бях нахвърлял първата чернова. Трябваше да се подложа на трахеостомия, с което загубих говора си и стана почти невъз­можно да общувам. Мислех, че няма да мога да я довърша. Но Брайън не само ми помогна да я коригирам и допълня, но и ме научи как да използвам програмата за комуникации, наречена „Ливинг сентър", която ми подари Уолт Уолтош от „Уърдс плъс инк." в Сънивейл, Калифорния. С нейна помощ мога да пиша книги и публикации, а и да разговарям с хората, като използвам говорния синтезатор, който ми подариха от „Спийч плъс", също в Сънивейл, Калифорния. Синтезаторът и един малък компютър бяха монтирани на инвалидния ми стол от Дейвид Мейсьн.

Това вече беше съвсем друго: сега фактически мога да общувам по-добре, отколкото преди да загубя гласа си. Полу­чих предложения от много хора, които бяха видели предишните варианти, как да направя тази книга по-добра. Най-вече Питър Гузарди, моят редактор от „Бентъм букс", който ми изпрати много страници с бележки и въпроси за нещата, които според него не съм обяснил добре. Трябва да призная, че когато получих дългия списък за корекции, много се ядосах, но той се оказа абсолютно прав. Сигурен съм, че книгата стана по-добра благодарение на това, че ми натри носа.

Много съм задължен на асистентите си Колин Уилямс, Дейвид Томьс и Ремьнд Лафлам, на секретарките си Джуди фела, Ан Ралф, Черил Билингтън и Сю Маси и на екипа от медицински сестри. Нищо нямаше да постигна без помощите за научните изследвания и разходите по лечението ми, осигу­рявани от „Гонвил енд Кай колидж", Съвета за наука и технически изследвания и от фондациите Ливьрхюм, Маккартър, Ньфийлд и Ралф Смит. Безкрайно съм им благодарен.



Стивъп Хокинг 20 октомври 1987 г.

ВЪВЕДЕНИЕ от К. Сейгън
Нашето всекидневие минава, без да разбираме почти нищо от света, в който живеем. Малко се замисляме за меха­низма, пораждащ слънчевата светлина, която прави живота възможен, за гравитацията, която ни приковава към земята и без която бихме обикаляли в космическото пространство, или за атомите, от които сме съставени и от чиято стабилност изцяло зависим. С изключение на децата ^които не знаят достатъчно, за да не задават валени въпроси) малцина са тези, които се питат защо природата е такава, каквато е; откъде иде Космосът или защо е винаги е тук; дали един ден времето няма да тръгне назад и следствието да изпревари причината; дали не съществуват граници за човешкото познание. Има даже деца, и аз съм срещал такива, които искат да знаят как изглежда една черна дупка; коя е най-малката частица вещество; защо помним миналото, а не бъдещето; как е възможно, след като в миналото е имало хаос, сега да има ред; и защо съществува Вселената.

В нашето общество е нещо обичайно родители и учители да отговарят на повечето от тези въпроси със свиване на рамене или позовавайки се на смътния спомен от религиозните пред­писания. Някои се чувстват неудобно при въпроси, които така явно показват ограниченията в човешкото познание.

Но именно тези въпроси са били в голяма степен двигател за развитието на философията и науката. Все повече са и възрастните, желаещи да зададат подобни въпроси, и често те стигат до изумителни отговори. Еднакво отдалечени п от атома, и от звездите, ние разширяваме своите изследователски хоризонти, за да обхванем и много малкото, и много голямото.

През пролетта на 1974 г., приблизително две години преди “Викинг" да кацне на Марс, бях на среща в Англия, спонсори­рана от Лондонското кралско дружество, на която трябваше да разискваме въпроса, как да се търси извънземен живот. По време на почивка за кафе забелязах, че в съседна зала се провежда една много по-голяма среща и влязох от любопитс­тво. Скоро разбрах, че съм свидетел на стара традиция — церемонията по приемане на нови членове на Кралското дру­жество — една от най-старите научни институции на планетата. На първия ред един млад мъж в инвалидна количка записваше много бавно името си в една книга, на чиито първи страници беше подписът на Исак Нютон. Когато най-сетне приключи, последваха бурни овации. Стивьн Хокинг беше легенда още тогава.

Сега Хокинг е Лукасов професор по математика в Кейм-бриджкия университет — пост, заеман някога от Нютон, а по-късно от П. А. М. Дирак — двама знаменити изследователи на много голямото и много малкото. Той е техен достоен наследник.

Тази първа книга на Хокинг за неспециалисти има много достойнства за широката публика. Толкова интересна, колкото е широк обсегът на съдържанието й, тя ни въвежда в съкрове­ните мисли на своя автор. В тази книга ще намерите блестящите открития от предните граници на физиката, астрономията, космологията, а и кураж.

Това е също книга за Бога ... или може би за липсата на Бог. Думата Бог изпълва тези страници. Хокинг се впуска в търсенето на отговор на известния въпрос на Айнщайн дали Бог е имал някакъв избор при създаването на Вселената. Както открито заявява, Хокинг се опитва да разбере Божията мисъл. А това, поне засега, прави още по-неочакван резултата от тези усилия: Вселена без граници в пространството, без начало и без край във времето и никаква работа за Създателя.

Карл Сейгън, Корнелски университет, Итака, Ню Йорк

1. НАШАТА ПРЕДСТАВА ЗА ВСЕЛЕНАТА
Веднъж един добре известен учен (според някои Бъртранд Ръсел) изнасял публична лекция по астрономия. Описвал как Земята обикаля около Слънцето и как Слънцето от своя страна обикаля около центъра на една огромна група звезди, наричана нашата Галактика. В края на лекцията една възрастна дама от последните редове станала и заявила: „Това, което ни разка­захте, е чиста безсмислица. В действителност светът е плитка чиния върху гърба на гигантска костенурка." Ученият се усмих­нал надменно, преди да запита: „А на какво се крепи костенур­ката?" „Много сте умен, млади човече, много знаете" — отвърнала възрастната дама, — „но под тази костенурка има пак костенурки."

Повечето от нас биха приели представата, че нашата Вселена е безкрайна кула от костенурки като твърде нелепа, но защо смятаме, че знаем повече? Какво знаем за Вселената и как го знаем? Откъде е дошла Вселената и накъде отива? Има ли начало и ако има — какво е било преди това? Какво представ­лява времето? Ще има ли някога край? Съвременните постиже­ния във физиката и фантастичните нови технологии ни дадоха възможност да предположим отчасти какъв е отговорът на тези отколешни въпроси. Някой ден тези отговори могат да ни се сторят така очевидни, както обикалянето на Земята около Слънцето, или така невероятни, както кулата от костенурки. Само времето (каквото и да означава то) ще ни каже.

Още през 340 г. пр. н. е. в своята книга „За небето" гръцкият философ Аристотел дава два сериозни аргумента в полза на това, че Земята е кръгла, а не плоска. Първо, той Разбирал, че лунните затъмнения настъпват, когато Земята застане между Слънцето и Луната. Земната сянка върху Луната била винаги кръгла, което е възможно само ако Земята е сферична. Ако Земята беше плосък диск, сянката би трябвало да е удължена и елиптична, освен ако затъмненията настъпват само тогава, когато Слънцето е точно зад центъра на диска. Второ, от пътешествията си гърците знаели, че от южните райони Полярната звезда се вижда но-ниско на небето, откол­кото от северните. Тъй като Полярната звезда е в Северния небесен полюс, наблюдател от Северния географски полюс би я виждал точно над себе си, но ако гледа от екватора, той би я видял точно на хоризонта. От разликата във видимите положения на Полярната звезда в Египет и в Гърция Аристотел дори споменал оценка за обиколката на Земята — 400 000 стадия. Точната дължина на стадия не е известна, но вероятно е била около 200 ярда, а ако е така, то оценката на Аристотел би била приблизително два пъти по-голяма от сега възприетата стойност. Гърците разполагали и с трети аргумент за това, че Земята е кръгла, защото как иначе първо ще се виждат платната на приближаващия кораб над хоризонта, а едва по-късно неговият корпус?

Аристотел смятал, че Земята е неподвижна и че Слънцето, Луната, планетите и звездите се движат по кръгови орбити около нея. Той вярвал, че е така, защото смятал по необясними причини Земята за център на Вселената, а кръговото движение за най-съвършеното. Тази идея била доразвита от Птолемей през II в. сл. н. е. в завършен космологичен модел. Земята е в центъра, обградена от осемте сфери, носещи Луната, Слънцето, звездите и петте тогава известни планети Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн (фиг. 1.1). Самите планети се движат върху по-малки окръжности, прикрепени към съответните им сфери, за да се обяснят техните твърде сложни пътища на небето. Върху най-външната сфера били т. нар. неподвижни звезди, които винаги заемат едни и същи относителни положе­ния, но заедно се въртят по небето. Какво има зад последната сфера, никога не е станало по-ясно, но сигурно не е била част от наблюдаемата Вселена.

Моделът на Птолемей представлявал една достатъчно точна система за предсказване на положенията на небесните тела. Но за точното предсказване на тези положения Птолемей трябвало да приеме допускането, че Луната следва път, по който понякога идва два пъти по-близо до Земята. А това Птолемей разбирал този недостатък на модела си, но въпреки това неговият модел бил широко, макар и не всеобщо приет. Той бил възприет от християнската църква като картина на Вселената, която отговаря на Светото писание, защото имал голямото предимство, че оставял извън сферата на неподвиж­ните звезди достатъчно място за небесата и ада.


През 1514 г. обаче полският свещеник Николай Коперник предложил по-прост модел. В началото, може би от страх да не бъде заклеймен от своята църква като еретик, Коперник разпространил анонимно своя модел. Идеята му била, че Слънцето е неподвижно в центъра, а Земята и планетите се Движат по кръгови орбити около него. Изминал почти един век, преди тази идея да се приеме като нещо сериозно. Тогава двама астрономи — германецът Йохан Кенлер и италианецът Галилео Галилей — започнали открито да подкрепят теорията на Коперник, макар че предсказаните от него орбити не съвпа­дали съвсем точно с наблюдаваните. Смъртоносният удар върху теорията на Аристотел — Птолемей бил нанесен през 1609 г- Същата година Галилей започнал да наблюдава нощното небе с току-що изобретения телескоп. Наблюдавайки планетата спътника или луни, които кръжат около нея. А това значело, че не е задължително всичко да се върти около Земята, както смятали Аристотел и Птолемей. Разбира се, възможно било пак да се смята, че Земята е неподвижна и е в центъра на Вселената, а луните се движат по извънредно сложни пътища около Земята, създаващи видимост, че обикалят около Юпи­тер. И все пак теорията на Коперник била много по-проста. По същото време Йохан Кеплер видоизменил теорията на Копер­ник и твърдял, че планетите се движат не по окръжности, а по елипси (елипсата представлява удължена окръжност). Най-сетне предсказванията съвпаднали с наблюденията.

Колкото до Кеплер, елиптичните орбити били просто една аd hoc хипотеза и при това твърде неприемлива, тъй като несъмнено елипсите не са така съвършени, както окръжността. Открил почти наслуки, че елиптичните орбити се съгласуват с наблюденията, той не успявал да ги помири с идеята си, че планетите обикалят около Слънцето под действието на магнит­ни сили. Обяснение се явило едва много по-късно, през 1687 г., когато Исак Нютон публикувал своя труд „Математически принципи на натурфилософията" — може би най-важния труд, публикуван някога в областта на физическите науки. В него Нютон не само излагал теория за това, как телата се движат в пространството и времето, но и развивал нова математика, необходима за анализа на тези движения. Освен това Нютон постулирал закон за всемирното привличане, според който всички тела във Вселената се привличат помежду си, като силата на привличане нараства с увеличаване на масата им и с намаляване на разстоянието между тях. Това е същата сила, която причинява падането на телата. (Почти сигурно е, че историята с Нютон и ябълката е измислица. Всичко, казано от самия Нютон по въпроса, е, че идеята за гравитацията му хрумнала, докато, „отдаден на съзерцание", е „бил споходен от падането на една ябълка".) Нютон показал, че според неговия закон гравитацията кара Луната да се движи по елиптична орбита около Земята, а Земята и планетите — по елиптични пътища около Слънцето.

Моделът на.Коперник се освободил от небесните сфери на Птолемей, а с тях и от представата, че Вселената има естествени граници. След като „неподвижните звезди" видимо не променяли положенията си, като изключим видимото им въртене под влияние на движението на Земята около собствената й ос, било естествено да се предположи, че неподвижните звезди са обекти като нашето Слънце, но много по-отдалечени.

Нютон знаел, че според неговата теория за гравитацията звездите би трябвало да се привличат взаимно, така че не биха могли да са неподвижни. А няма ли те да падат заедно към някоя точка? В писмо от 1691 г. до Ричард Бентли, друг водещ мислител на своето време, Нютон разсъждава, че това наистина би се случило, ако звездите са краен брей и са разпределени в ограни­чена област от пространството. Но, от друга страна, разсъждава той, ако броят им е безкраен и те са разпределени повече или по-малко равномерно в безкрайно пространство, това няма да се случи, защото няма да има център, към който да падат.

Този аргумент е пример за капаните, в които можем да попаднем, когато говорим за безкрайността. В една безкрайна Вселена всяка точка може да се разглежда като център, тъй като има безкраен брой звезди от всичките си страни. Както стана ясно едва много по-късно, правилният подход е да се разглежда крайният случай, когато ; всички звезди падат една към друга, и след това да се запитаме как се променят нещата, ако прибавим още звезди, приблизително равномерно разпределе­ни извън тази област. Според закона на Нютон добавените звезди средно няма да предизвикат никаква разлика, така че звездите ще падат със същата скорост. Можем да добавим колкото звезди искаме и те пак ще продължат винаги да падат. Сега вече знаем, че е невъзможно да имаме безкраен статичен модел на Вселената, в който гравитацията да означава винаги привличане.

Едно интересно отражение върху общия дух на мисли преди XX в. е, че никой не си е задавал въпроса, дали Вселената се разширява или свива. Общоприето било, че Вселената е съществувала вечно в непроменящо се състояние или е била създадена в определен момент от миналото повече или по-мал­ко във вида, в който я наблюдаваме днес. Отчасти това може би се дължи на склонността на човека да вярва във вечните истини, както и на утехата, която намира в мисълта, че дори той да остарее и умре, Вселената е вечна и неизменна.

Дори тези, които разбирали, че според теорията на Нютон за гравитацията Вселената не би могла да е статична, не се замисляли дали не се разширява. Вместо това те се опитвали Да видоизменят теорията, приемайки при много големи разс­тояния гравитационната сила за отблъскваща. Това не проме­няло значимо предсказанията им за движенията на планетите, но позволявало едно безкрайно разпределение на звездите да остава в равновесие, като силите на привличане между близките звезди се компенсират със силите на отблъскване от далечните. Но ние вече знаем, че такова равновесие ще е нестабилно: ако звездите от една област се сближат помежду си макар и незначително, силите на привличане между тях ще нараснат и ще надделеят над силите на отблъскване, така че звездите ще продължат да падат една към друга. От друга страна, ако звездите се раздалечат макар и малко, силите на отблъскване ще надделеят и още повече ще ги раздалечат.

Друго възражение към съществуването на безкрайна ста­тична Вселена обикновено се приписва на немския философ Хайнрих Олберс, писал за тази теория през 1823 г. Всъщност проблемът е бил поставян от различни съвременници на Нютон, а статията на Олберс дори не е първата, съдържаща правдоподобни аргументи против. Тя обаче е първата, получи­ла широка известност. Трудното е, че в една безкрайна статична Вселена почти всеки зрителен лъч би завършил върху повърх­ността на звезда. Поради това бихме могли да очакваме, че дори нощем цялото небе ще е ярко като Слънцето. Контраар­гументът на Олберс бил, че светлината от далечните звезди отслабва поради поглъщане от междузвездното вещество. Ако е така обаче, това вещество би трябвало да се нагрява и накрая да засвети така ярко, както звездите. Единственият начин да избегнем извода, че цялото нощно небе трябва да е толкова ярко, колкото слънчевата повърхност, е да приемем, че звездите не са светили вечно, а само след някакъв момент от миналото. В такъв случай поглъщащото вещество може още да не се е нагряло или светлината от далечните звезди още да не е стигнала до нас. А това ни навежда на въпроса, преди всичко какво е накарало звездите да засветят.

Началото на Вселената, разбира се, е въпрос, който се разисква от много време. Според някои древни космологии и еврейско-християнско-мюсюлманските предания Вселената се е появила в определен, не твърде отдавнашен момент от миналото. Един от аргументите за такова начало е било раз­бирането, че е необходимо да има „Първопричина", с която да се обясни съществуването на Вселената. (Вътре във Вселената винаги можете да обясните едно събитие като следствие от някакво предишно събитие, но съществуването на самата Все­лена може да се обясни по този начин само ако тя е имала някакво начало.) Св. Августин излага друг аргумент в книгата си .Божият град". Той отбелязва, че цивилизацията се развива и ние помним чие е това дело или кой е създал този метод. Така че човекът, а вероятно и Вселената, едва ли съществуват отдавна. Св. Августин приема датата на сътворението на Все­лената приблизително 5000 г. пр. н. е. според „Битие". (Инте­ресно, че не е така далеч от края на последната ледникова епоха — около 10 000 г. пр. н. е., когато според археолозите е началото на цивилизацията.)

От друга страна, Аристотел, а и повечето от другите гръцки философи не приемали идеята за сътворението, тъй като твърде много им намирисвала на божия намеса. Според тях човешката раса и светът край нея са съществували и ще съществуват вечно. Древните учени вече били разсъждавали върху аргумента за описаното по-горе развитие и намирали отговора в твърдението, че е имало периодични наводнения или други бедствия, които непрестанно връщали човечеството пак в началото на цивилизацията.

Въпросите, дали Вселената има начало във времето и дали е ограничена в пространството, били впоследствие широко изучени от философа Имануел Кант в неговия монументален (и твърде мъгляв) труд „Критика на чистия разум", публикуван през 1781 г. Той нарича тези въпроси антиномии (т. е. проти­воречия) на чистия разум, защото според него имало еднакво силни аргументи да се вярва на тезата, че Вселената има начало, както и на антитезата, че е съществувала вечно. Неговият аргумент за тезата бил, че ако Вселената не е имала начало, би трябвало да съществува безкраен период от време преди което и да е събитие, а това според него е абсурд. Аргументът за антитезата бил, че ако Вселената е имала начало, би трябвало да съществува безкраен период от време преди това начало, така че защо трябва да има начало в някакъв определен момент? В действителност случаите както с тезата, така и с антитезата са наистина един и същ аргумент. И двата се базират на негласното му допускане, че времето може вечно да бъде продължено назад независимо дали Вселената е, или не е съществувала вечно. Както ще видим, концепцията за времето няма смисъл преди началото на Вселената. Това е отбелязано за първи път от св. Августин. Когато го запитали: „Какво е правил Бог, преди да създаде Вселената?", Августин не отвър­нал „Подготвял е ада за хора, които задават такива въпроси", а казал, че времето е свойство на Вселената, създадена от Бог, и че времето не съществува преди началото на Вселената.

Когато повечето смятали, че Вселената е статична и неизменна, въпросът, дали е имала начало, всъщност бил от мета-) физиката или теологията. Човек можел еднакво добре да си обясни наблюдаваното както с теорията, че Вселената е съществувала вечно, така и с теорията, че се е появила в някакъв определен момент по такъв начин, като да изглежда, че е съществувала вечно. Но през 1929 г. Едуин Хъбъл направил епохалното наблюдение, че накъдето и да се обърнем, далеч­ните галактики бързо се разбягват от нас. С други думи, Вселената се разширява. А това значи, че в по-ранни времена обектите са били по-близо един до друг. Фактически, изглежда, , е имало време, преди около 10 — 20 млрд. години, когато всички те са били точно в едно и също място и когато поради ,. това плътността на Вселената е била безкрайна. Това откритие най-сетне поставило въпроса за началото на Вселената пред науката.

Наблюденията на Хъбъл подсказват, че е имало време, наречено Големият взрив, когато Вселената е била безкрайно малка и безкрайно плътна. При такива условия всички научни закони, а следователно и цялата възможност да се предвиди бъдещето биха се провалили. Ако е имало събития преди това време, то те не биха оказали влияние върху това, което се случва , в настоящия момент. Тяхното съществуване може да се пре­небрегне, защото не би имало наблюдаеми последствия. Бихме , могли да кажем, че времето е имало начало в момента на Големия взрив в смисъл, че просто не можем да дефинираме времена преди това. Трябва да отбележим, че това начало във времето е твърде различно от разглежданите преди. В неизменяща се Вселена едно начало във времето е нещо, което трябва да се въведе от някой извън Вселената; физическа необходимост от начало няма. Човек може да си представи, че Бог е създал Вселената буквално в кой да е момент в миналото. От друга , страна, ако Вселената е разширяваща се, може да има физичес­ки причини за необходимостта да съществува начало. Пак , можем да си представим, че Бог е създал Вселената в момента ; на Големия взрив, а даже след това, и то по такъв начин, че да ^ изглежда като да е имало Голям взрив, но би било безсмислено г да смятаме, че е била създадена преди Големия взрив. Една разширяваща се Вселена не изключва наличието на създател, но поставя граници върху това, кога би могъл да си свърши работата:

За да говорим за естеството на Вселената и да обсъждаме въпроси като този дали тя има начало или край, трябва да сме наясно с въпроса, какво значи научна теория. Аз ще приема елементарното гледище, че една теория е просто модел на Вселената или на ограничена нейна част, набор от правила, които свързват величините в модела с направените наблюде­ния. Тя съществува само в нашето съзнание и няма никаква друга реалност (каквото и да значи това). Една теория е добра, ако удовлетворява две изисквания: тя трябва точно да описва голям клас наблюдения на базата на модел, съдържащ само няколко произволни елемента, и да може да прави определени предсказвания за резултатите от бъдещи наблюдения. Напри­мер теорията на Аристотел, че всичко е съставено от четири елемента — земя, въздух, огън и вода, е достатъчно проста за качествена оценка, но тя не прави никакви определени предс­казвания. От друга страна, Нютоновата теория за гравитацията се базира на още по-прост модел, в който телата се привличат помежду си със сила, пропорционална на величината, наречена тяхна маса, и обратнопропорционална на квадрата от разсто­янието между тях. И въпреки това тя предсказва с висока точност движенията на Слънцето, Луната и планетите.

Всяка физична теория е винаги условна, в смисъл че тя е само хипотеза: никога не можеш да я докажеш. Няма значение колко пъти експерименталните резултати се съгласуват с даде­на теория, човек никога не е сигурен дали следващия път резултатът няма да противоречи на теорията. От друга страна, можем да отречем някоя теория, като открием и едно-едничко наблюдение, което не се съгласува с предвижданията й. Както отбелязва философът на науката Карл Попър, една добра теория се характеризира с факта, че прави множество предска­зания, които могат принципно да бъдат опровергани от наб­люденията. Винаги когато новите експерименти се съгласуват с предвижданията, теорията оцелява и нашето доверие към нея нараства; но когато и само едно ново наблюдение не се съгласува, трябва да изоставим или видоизменим теорията. Поне така би трябвало да е, но човек винаги може да се усъмни в компетентността на лицето, провело наблюдението.

На практика най-често става така, че се създава нова теория, която всъщност е разширение на предишната. Например много точните наблюдения на планетата Меркурий пока­заха малки разлики между неговото движение и предсказанията на Нютоновата теория за гравитацията. Общата теория на относителността на Айнщайн предвижда малко по-различно движение в сравнение с Нютоновата теория. Фактът, че Айнщайновите предвиждания се съгласуват с наблюденията, дока­то Нютоновите — не, е едно от решаващите потвърждения на новата теория. Въпреки това ние си служим с теорията на Нютон в практиката, защото разликата между нейните пред­виждания и тези на общата теория на относителността е много малка в случаите, с които обикновено си имаме работа. (Ню­тоновата теория има голямото предимство да е много по-прос­та за разлика от Айнщайновата!)

Крайната цел на науката е да даде една-единствена теория, която да описва цялата Вселена. Но подходът на повечето учени е да разделят задачата на две. Първо, съществуват закони, които ни казват как Вселената се изменя с времето. (Ако знаем каква е Вселената във всеки момент, тези физически закони ни казват каква ще бъде в кой да е по-късен момент.) Второ, остава въпросът за началното състояние на Вселената. Според някои науката би трябвало да се занимава само с първата задача; те гледат на въпроса за началното състояние като на предмет от метафизиката и религията. Според тях, бидейки всемогъщ, Бог е могъл да създаде Вселената както си иска. Може и така да е, но в такъв случай той би трябвало да я накара да се развива съвсем произволно. А, изглежда, е предпо­чел тя да се развива твърде правилно, съобразно с определени закони. Поради това е също толкова логично да предположим, че има и закони, управляващи началното състояние.

Излиза, че създаването на теория, която да описва Вселе­ната изцяло, е трудна работа. Ето защо ние разделяме този проблем на части и измисляме много частни теории. Всяка от тези частни теории описва и предвижда някакъв ограничен клас наблюдения, като пренебрегва ефектите от другите величини или ги представя като прости множества от числа. А може би това е напълно погрешен подход. Ако всичко във Вселената зависи от всичко останало по някакъв фундаментален начин, може да се окаже невъзможно да се приближим към едно пълно решение, изследвайки изолирано частите на задачата. Въпреки това именно по този начин сме постигнали напредък в мина­лото. Класическият пример отново е Нютоновата теория за гравитацията, според която гравитационната сила между две тела зависи само от едно число, свързано с всяко тяло — неговата маса, но иначе е независима от материята на тези тела. Ето защо не се налага да разполагаме с теория за строежа и състава на Слънцето и планетите, за да изчислим техните орбити.

Днес учените описват Вселената в термини от двете основни частни теории — общата теория на относителността и кванто­вата механика. Те са големите интелектуални постижения от първата половина на нашия век. Общата теория на относител­ността описва силата на гравитация и едромащабната структу­ра на Вселената, т. е. структурата в мащаб от няколко мили до 1024 мили, размерите на наблюдаемата Вселена. От друга страна, квантовата механика се занимава с явления в изключи­телно малки мащаби, такива като 1012 инча. За съжаление, както знаем, тези две теории са несъвместими една с друга; двете не могат да бъдат коректни едновременно. Един от основните стремежи във физиката днес, а и главната тема на тази книга е търсенето на нова теория, която да включи и двете, една квантова теория за гравитацията. Засега не разполагаме с такава теория и може би сме твърде далеч от нея, но вече знаем много от свойствата, които тя трябва да има. А в следващите глави ще видим, че вече знаем и доста от предсказанията, които една квантова теория на гравитацията трябва да направи.

И накрая, ако вярваме, че Вселената не е произволна, а се управлява от определени закони, трябва да съчетаем частните теории в една завършена единна теория, която да описва всичко във Вселената. Но в търсенето на такава завършена единна теория има един основен парадокс. Идеите за описаните по-го-ре научни теории предполагат да сме разумни същества, сво­бодни да наблюдаваме Вселената както желаем и да правим логически изводи от видяното. В една такава схема е логично да предположим, че бихме могли да стигнем още по-близко до законите, управляващи Вселената. Но ако това наистина е завършена единна теория, тя вероятно би определила и нашите действия. Излиза, че самата теория трябва да определя резул­тата от търсенето й! А защо тя би определяла дали сме стигнали до правилни изводи от доказателствата? Не може ли еднакво добре да определя и погрешните изводи? Или че въобще няма извод?

Единственият отговор, който мога да дам на този въпрос, се базира на Дарвиновия принцип за естествения подбор. Идеята е, че във всяка популация от самовъзпроизвеждащи се организми ще настъпят изменения в генетичния материал и развитието за различните индивиди. Тези разлики ще означа­ват, че някои индивиди са по-способни да намират правилните изводи за света около тях и да действуват по съответния начин. По-вероятно е тези индивиди да оцелеят и да се възпроизведат, така че техният модел на поведение и мислене ще надделее. Несъмнено така наречените от нас интелигентност и научно откривателство в миналото са изразявали едно предимство за оцеляване. Не е съвсем ясно дали и сега е така: нашите научни открития могат да доведат до унищожението ни, а дори това да не стане, една завършена единна теория може би няма кой знае колко да допринесе за шанса ни да оцелеем. Но след като Вселената се е развивала по правилен начин, можем да очаква­ме, че способността да разсъждаваме, дадена ни от естествения подбор, ще е валидна и за нашето търсене на завършена единна теория, така че няма да ни доведе до погрешни изводи.

След като частните теории, които вече имаме, са доста­тъчни, за да правим точни предсказания във всички случаи с изключение на екстремните, търсенето на окончателна теория за Вселената изглежда задача, трудна за оправдание от прак­тическа гледна точка. Струва си да отбележим, че при все че подобни аргументи са използвани и срещу теорията на отно­сителността, и срещу квантовата механика, тези теории са ни дали и ядрената енергия, и революцията в микроелектрониката! Ето защо откриването на завършена единна теория може и да ^ не помогне за оцеляването ни. Възможно е дори да не окаже влияние върху начина на живот. Но още от зората на цивили­зацията хората не са се задоволявали да гледат на събитията като на нещо необяснимо и без взаимна връзка. Те са били жадни да разберат скрития ред в света. И днес ние горим от желание да разберем защо сме тук и откъде сме дошли. А най-съкровеният стремеж на хората към познание е достатъчно оправдание да продължим търсенето. И нашата цел е не друго, а пълното описание на Вселената, в която живеем.


Каталог: sites -> default -> files
files -> Образец №3 справка-декларация
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Отчет за разкопките на праисторическото селище в района на вуз до Стара Загора. Аор през 1981 г. ХХVІІ нац конф по археология в Михайловград, 1982
files -> Медии и преход възникване и развитие на централните всекидневници в българия след 1989 година
files -> Окръжен съд – смолян помагало на съдебния заседател
files -> Семинар на тема „Техники за управление на делата" 18 19 юни 2010 г. Хисар, Хотел „Аугуста спа" Приложение
files -> Чинция Бруно Елица Ненчева Директор Изпълнителен директор иче софия бкдмп приложения: програма
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9




База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2020
отнасят до администрацията

    Начална страница