Холистическое оздоровление Холистическое оздоровление

Метки

Стивен Хокинг: «В Боге не было необходимости, а у Бога не было времени»

18 Мар, 2018   в 13:00

«Веками считалось, что такие, как я, то есть люди с ограниченными возможностями, прокляты Богом. Думаю, что я кого-то сейчас расстрою, но лично я считаю, что можно все объяснить по-другому, а именно – законами природы»  – так говорил Стивен Хокинг.

Не надо быть психологом, чтобы понять: Хокинг всю жизнь борется с Богом за то, что он его так «покарал».



Но может быть, все было наоборот – создатель «наказал» ученого за то, что, еще будучи юношей, до начала своей болезни, он решил горделиво постичь Его тайну?

Иронию этого парадокса можно сравнить разве что с иронией Вселенной, замкнутой самой на себе, которая конечна по протяженности, но не имеет границ.

Подобные антиномии существуют на границе физики и философии. Но с точки зрения законов природы – есть ли создатель? Мы расскажем, что об этом думает сам Стивен Хокинг.

Оставлю на совести автора оригинальной статьи тезис о борьбе Стивена Хокинга с Богом и прокомментирую пассаж о «Вселенной, замкнутой на себе». Речь в нём идет вот о чём. Общая теория относительности предсказывает начало Вселенной в какой-то конечный момент времени в прошлом. Эта точка называется точкой сингулярности, потому что в ней прекращают действовать законы природы, которые действуют во всё последующее время жизни Вселенной.

Модифицированная Хокингом теория, которую он назвал началом квантовой теории гравитации, позволяет создать модель Вселенной, не имеющую сингулярностей. Эта модель обладает свойством конечности, не имеющей границ.

Чтобы понять это, можно провести аналогию с поверхностью Земли – она конечна, но границ не имеет, потому что наблюдатель, перемещающийся по ней в любом направлении, никогда не свалится за край – ведь границы отсутствуют.

Хокинг уподобляет эволюцию Вселенной движению от одного полюса к другому – по мере движения диаметр меридианов растёт и достигает максимума на экваторе, а затем уменьшается до размеров точки – другого полюса. Так и Вселенная в его модели проходит цикл расширения и сжатия, проходя точки минимума, в которых, однако, действуют всё те же законы природы – полюса не являются сингулярностями. А раз так, то и вмешательства создателя не требуется для «запуска» Вселенной.

По иронии судьбы, прежде чем изобрести эту модель, Хокинг вместе с Пенроузом доказал математически, что, «если классическая общая теория относительности верна, то из доказанных Роджером Пенроузом и мной теорем о сингулярности следует, что в точке начала отсчета времени плотность и кривизна пространства-времени принимают бесконечные значения. В такой точке нарушаются все известные законы природы.»

Наука и религия

Эти противоположности борются друг с другом уже около трех тысяч лет.

В 1277 году папа Иоанн XXI так испугался того, что существуют законы природы, что объявил их ересью. Но, увы, он не смог запретить даже одного из них – гравитацию. Несколько месяцев спустя крыша дворца обрушилась прямо папе на голову.



Впрочем, религия с ее пластичной логикой сразу нашла решение всех проблем. Она быстро объявила законы природы делом рук божьих, которые изменят эти законы в любой момент, как только «захотят». И костер – тому, кто помыслит другое.

Позже выяснилось, что все чуть сложнее. Смиренная церковь была готова и к этому. В 1985 году на конференции по космологии в Ватикане папа Иоанн Павел II заявил, что нет ничего предосудительного в изучении устройства Вселенной. «Но мы, – подчеркнул папа, – не должны задаваться вопросом о ее происхождении, так как это было дело рук Создателя». Но Стивен Хокинг все-таки задался.

Хокинг не был первым, и он сам об этом пишет: «Конечно, проблема возникновения Вселенной занимала умы людей уже очень давно.»

Среди прочих упомянутых им мыслителей, меня особенно впечатлил Августин Блаженный (354–430 гг. н.э.)  – богослов, Отец Церкви, родоначальник христианской философии истории.

Хокинг пишет: «В своем сочинении «О граде Божием» он указал на то, что цивилизация прогрессирует, а мы помним, кто совершил то или иное деяние и кто что изобрел. Поэтому человечество, а значит, вероятно, и Вселенная вряд ли очень долго существуют.

Августин Блаженный считал приемлемой дату сотворения Вселенной, соответствующую книге Бытия: приблизительно 5000 год до н. э. (Интересно, что эта дата не так уж далека от конца последнего ледникового периода – 10 000 лет до н. э., который археологи считают началом цивилизации.)»

И далее: «Как мы увидим ниже, до возникновения Вселенной понятие времени лишено смысла. На это впервые указал Августин Блаженный. Когда его спрашивали, чем занимался Бог до того, как создал Вселенную, Августин никогда не отвечал в том духе, что, мол, Бог готовил ад для тех, кто задает подобные вопросы. Нет, он говорил, что время – неотъемлемое свойство созданной Богом Вселенной и поэтому до возникновения Вселенной времени не было.»

Для ответа на этот вопрос, по словам Хокинга, необходимо понять природу всего трех ингредиентов, составляющих «блюдо Вселенной»: материи, энергии и пространства. Но откуда они взялись на этой «кухне»? Ответ на это дал Эйнштейн. Но и он «стоял на плечах гигантов», поэтому обо всем по порядку.

Аристотель, Ньютон и Галилей

В основу своих законов движения Ньютон, как известно, положил измерения Галилея. Напомним, что в экспериментах последнего тело скатывалось с наклонной плоскости под действием постоянной силы, придававшей ему постоянное ускорение.

Так, было показано, что реальный эффект от действия силы – изменение скорости тела, а не приведение его в движение, как считалось до того. Еще отсюда следовало, что пока тело не подвергается действию какой-либо силы, оно перемещается по прямой линии с постоянной скоростью (Первый закон Ньютона).

Как мы помним из школьного курса физики, скорость – величина векторная, то есть имеющая величину (модуль) – столько-то метров в секунду – и направление. Изменение направления вектора без изменения его модуля тоже является изменением скорости. Галилей и Ньютон переосмыслили аристотилев покой – на смену полной неподвижности пришло движение со скоростью, неизменной по модулю и направлению.

Вот и водители, играющие в «шашки» на автомагистралях, считают другие автомобили движущимися по прямой линии и с постоянной скоростью…

Чтобы изменить скорость тела, нужно приложить к нему силу. Темп, с которым будет изменяться скорость, называется ускорением. Тело изменяет скорость тем медленнее, чем больше его масса, поэтому массу называют мерой инертности – мерой способности тела сохранять свою скорость неизменной.

Помимо законов движения, работы Ньютона описывают и определение величины конкретного вида силы – гравитации. Согласно Закону всемирного тяготения, любые два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс.

И обратно пропорциональной квадрату расстояния между этими телами. Это существенное дополнение, потому что из всех видов взаимодействия, известных на сегодняшний день физике, гравитационное взаимодействие – самое слабое, но и самое дальнодействующее.

Хокинг: «Это очень слабая сила, которую мы вообще не заметили бы, если бы не два ее специфических свойства: гравитационные силы действуют на больших расстояниях и всегда являются силами притяжения. Следовательно, очень слабые гравитационные силы взаимодействия отдельных частиц в двух телах большого размера, таких, например, как Земля и Солнце, могут в сумме дать очень большую силу.»

Главное различие между взглядами Аристотеля с одной стороны и идеями Галилея и Ньютона с другой в том, что Аристотель считал покой естественным состоянием любого тела, к которому оно стремится, если не испытывает действия какой-нибудь силы. Аристотель, например, считал, что Земля пребывает в состоянии покоя. Но из законов Ньютона следует: никакого покоя нет. Все находится в движении. И Земля, и поезд, едущий по ней.

Что из этого? Отсутствие абсолютного «стандарта покоя» для физики имело те же последствия, что для воспитанницы церковно-приходского училища – поступление в университет. Из этого следовало, что нельзя определить, случились ли два события, происходившие в разное время, в одном и том же месте.

Потому что место это уже переместилось. Не существует абсолютно неподвижной и единой начальной точки для отсчета любых координат. Вернее, за такую точку можно принять любую точку во Вселенной, и в выборе следует исходить из соображений удобства и целесообразности. Например, рассчитывая координаты планет Солнечной системы, удобно за начало отсчета принять центр Солнца. Рассчитывая траекторию космической ракеты или натальную карту, удобно пользоваться геоцентрической системой координат.

А это уже означает не что иное, как отсутствие абсолютного, фиксированного пространства. Ньютона это сильно обескуражило, поскольку не согласовывалось с его идеей абсолютного Бога. В итоге он фактически отказался от этого вывода, который был следствием им же открытых законов.

Зато и у Аристотеля, и у Ньютона нашлось общее «успокоительное»: вера в абсолютное время. Они полагали, что можно измерить его интервал между двумя событиями, и полученная цифра будет одной и той же, кто бы его ни измерял (если использовать точные часы, разумеется). В отличие от абсолютного пространства, абсолютное время очень даже ладило с законами Ньютона, а большинство людей и сегодня считает, что это соответствует здравому смыслу.
Но потом появился Эйнштейн…

3 равно 2

Называвший сам себя «цыганом и бродягой», великий Эйнштейн выяснил, что два компонента Вселенной – материя и энергия – это, по сути, одно и то же, как две стороны одной монеты.
Его знаменитое E = mc2 (где E – энергия, m – масса тела, c – скорость света в вакууме) означает, что массу можно рассмотреть как вид энергии, и наоборот.
Таким образом, Вселенную нужно рассматривать как «пирог», состоящий уже всего из двух составляющих: энергии и пространства.
Но как он к этому пришел?



Одному и тому же предмету – например, летящему шарику для пинг-понга – можно приписать разную скорость. Все зависит от того, относительно какой системы отсчета эту скорость измерять.
Если мячик брошен внутри едущего поезда – его скорость можно вычислить относительно поезда, а можно – относительно земли, по которой этот поезд едет, и которая, как известно, тоже движется и вокруг своей оси, и вокруг Солнца, которое и само движется… и так далее, без конца.

Если верить законам Ньютона, то же должно относиться и к свету.
Но благодаря Максвеллу науке стало известно, что скорость света неизменна, откуда бы мы ее ни измеряли.

Чтобы примирить теорию Максвелла с механикой Ньютона, была принята гипотеза о том, что повсюду, даже в вакууме, есть некая среда, называемая «эфир». Согласно теории эфира, световые волны (а мы знаем, что свет одновременно имеет свойства и волны, и частицы) распространяется в нем так же, как звуковые волны в воздухе, и их скорость должна измеряться относительно этого эфира. В этом случае разные наблюдатели регистрировали бы разные значения скорости света, но относительно эфира она оставалась бы постоянной.

Однако знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли, состоявшийся в 1887 году, заставил ученых отказаться от идеи эфира навсегда. К великому удивлению самих экспериментаторов, им удалось доказать, что скорость света не меняется никогда, относительно чего бы она не измерялась.

Хокинг: «В частности, коль скоро Земля движется в эфире по своей орбите вокруг Солнца, скорость света, измеренная в направлении движения Земли (при движении в сторону источника света), должна превышать скорость света, измеренную под прямым углом к направлению движения (т. е. когда мы не движемся к источнику).

В 1887 г. Альберт Майкельсон (впоследствии ставший первым американцем, удостоенным Нобелевской премии по физике) и Эдвард Морли поставили в Кливлендской школе прикладных наук очень точный эксперимент. Майкельсон и Морли сравнивали значение скорости света, измеренной в направлении движения Земли, с ее значением, измеренным в перпендикулярном направлении. К своему огромному удивлению, они обнаружили, что оба значения совершенно одинаковы!
»

Принцип относительности Эйнштейна гласит, что законы физики должны быть одинаковыми для всех свободно движущихся систем, независимо от их скорости. Это было верно для законов движения Ньютона, однако теперь Эйнштейн распространил свою гипотезу и на теорию Максвелла.

Это означает, что, раз скорость света является постоянной, то любой свободно движущийся наблюдатель должен фиксировать одно и то же значение, которое не будет зависеть от скорости, с которой он приближается к источнику света или удаляется от него.
Этот простой вывод объяснял появление скорости света в уравнениях Максвелла без привлечения эфира или другой привилегированной системы отсчета. Но из того же вывода следовал ряд и других невероятных открытий. И, прежде всего, изменение представления о времени.

Например, согласно Специальной теории относительности (СТО), человек, едущий на поезде, и тот, что стоит на платформе, разойдутся в оценке расстояния, пройденного светом от одного источника.
А поскольку скорость – это расстояние, деленное на время, то единственный способ для наблюдателей прийти к общему выводу относительно скорости света – это разойтись также и в оценке времени. Именно так теория относительности навсегда покончила и с идеей абсолютного времени!

Еще один вывод СТО – это неразделимость времени и пространства, которые составляют некую общность, пространство-время.

Развивая идеи СТО в Общей теории относительности, Эйнштейн показал, что гравитация – вовсе не некая притягивающая сила, а следствие того, что пространство-время искривляется массой и энергией, которые находятся в нем.

Хокинг: «Согласно общей теории относительности, в четырехмерном пространстве-времени тела всегда перемещаются по прямым, но мы видим, что в нашем трехмерном пространстве они движутся по искривленным траекториям. (Понаблюдайте за самолетом над холмистой местностью: сам он летит по прямой в трехмерном пространстве, а его тень перемещается по кривой на двумерной поверхности Земли.)»

В этой связи вернемся к разрушенной до основания иллюзии абсолютного времени. Эйнштейн доказал, что около массивных тел, таких, как, например, Земля, должен замедляться и ход времени (если говорить грубо, это происходит из-за искривления пространства, а значит и времени – некоего их «растягивания» вокруг массивного тела). Чем больше масса тела, тем медленнее в его окрестностях будет течь время, и наоборот.

Хокинг: «Наблюдателю, расположенному на большой высоте, должно казаться, что внизу все происходит медленнее. Это предсказание было проверено в 1962 г. с помощью двух очень точных часов, одни из которых были размещены на самом верху водонапорной башни, а другие – у ее подножия. Оказалось, что нижние часы, которые были ближе к Земле, в точном соответствии с общей теорией относительности шли медленнее. Разница в ходе часов на разной высоте над поверхностью Земли приобрела сейчас огромное практическое значение в связи с появлением очень точных навигационных систем, работающих на сигналах со спутников. Если не принимать во внимание предсказаний общей теории относительности, то координаты будут рассчитаны с ошибкой в несколько километров!»

Как известно, на земной орбите время течет быстрее, чем на планете, поэтому космонавты возвращаются домой чуть более молодыми, чем могли бы быть, если бы выбрали другую профессию и всегда находились бы на Земле. Впрочем, такую «моложавость» космонавтов практически невозможно наблюдать. Во-первых, в силу близости земной орбиты к Земле, а во-вторых, из-за краткосрочности пребывания космонавтов на орбите. А вот если бы кому-нибудь из них удалось отправиться в космическое путешествие на корабле, развивающем скорость, близкую к скорости света, и вернуться через год, то он, безусловно, не нашел бы в живых не только никого из своих близких, но и многие поколения своих внуков и правнуков.

Большой  взрыв

Вернемся к двум другим ингредиентам, из которых «приготовлена» Вселенная: энергии и пространству.
Откуда взялись они?
Сегодня ученые отвечают: они появились в результате Большого взрыва.
Но что есть Большой взрыв?

Приблизительно 13,7 млрд. лет назад Вселенная была сжата в одну невообразимо малую точку. Об этом свидетельствует не только всем известный эффект красного смещения, но и все решения уравнений Эйнштейна.

Об “эффекте красного смещения” всё же стоит рассказать подробней. Послушаем Стивена Хокинга:

«Звезды находятся так далеко от нас, что кажутся просто светящимися точками в небе.
Мы не различаем ни их размеров, ни формы. Как же можно говорить о разных типах звезд?
Для подавляющего большинства звезд существует только одно характерное свойство, которое можно наблюдать, – это цвет идущего от них света.
Ньютон открыл, что, проходя через трехгранный кусок стекла, называемый призмой, солнечный свет разлагается, как в радуге, на цветовые компоненты (спектр).
Настроив телескоп на какую-нибудь отдельную звезду или галактику, можно аналогичным образом разложить в спектр свет, испускаемый этой звездой или галактикой.
Разные звезды имеют разные спектры, но относительная яркость разных цветов всегда в точности такая же, как в свете, который излучает какой-нибудь раскаленный докрасна предмет. (Свет, излучаемый раскаленным докрасна непрозрачным предметом, имеет очень характерный спектр, зависящий только от температуры предмета, – тепловой спектр. Поэтому мы можем определить температуру звезды по спектру излучаемого ею света.)

Кроме того, мы обнаружим, что некоторые очень специфические цвета вообще отсутствуют в спектрах звезд, причем отсутствующие цвета разные для разных звезд.
Поскольку, как мы знаем, каждый химический элемент поглощает свой определенный набор характерных цветов, мы можем сравнить их с теми цветами, которых нет в спектре звезды, и таким образом точно определить, какие элементы присутствуют в ее атмосфере.

В двадцатых годах XX века, когда астрономы начали исследование спектров звезд других галактик, обнаружилось нечто еще более странное: в нашей собственной Галактике оказались те же самые характерные наборы отсутствующих цветов, что и у звезд, но все они были сдвинуты на одну и ту же величину к красному концу спектра.

Чтобы понять смысл сказанного, следует сначала разобраться с эффектом Доплера. Как мы уже знаем, видимый свет – это колебания, или волны, электромагнитного поля.
Частота (число волн в одну секунду) световых колебаний чрезвычайно высока – от четырехсот до семисот миллионов миллионов волн в секунду.
Человеческий глаз воспринимает свет разных частот как разные цвета, причем самые низкие частоты соответствуют красному концу спектра, а самые высокие – фиолетовому.
Представим себе источник света, расположенный на фиксированном расстоянии от нас (например, звезду), излучающий с постоянной частотой световые волны.
Очевидно, что частота приходящих волн будет такой же, как та, с которой они излучаются (пусть гравитационное поле галактики невелико и его влияние несущественно).
Предположим теперь, что источник начинает двигаться в нашу сторону. При испускании следующей волны источник окажется ближе к нам, а потому время, за которое гребень этой волны до нас дойдет, будет меньше, чем в случае неподвижной звезды.
Стало быть, время между гребнями двух пришедших волн будет меньше, а число волн, принимаемых нами за одну секунду (т. е. частота), будет больше, чем когда звезда была неподвижна.
При удалении же источника частота приходящих волн будет меньше.
Это означает, что спектры удаляющихся звезд будут сдвинуты к красному концу (красное смещение), а спектры приближающихся звезд должны испытывать фиолетовое смещение. Такое соотношение между скоростью и частотой называется эффектом Доплера, и этот эффект обычен даже в нашей повседневной жизни.
Прислушайтесь к тому, как идет по шоссе машина: когда она приближается, звук двигателя выше (т. е. выше частота испускаемых им звуковых волн), а когда, проехав мимо, машина начинает удаляться, звук становится ниже.
Световые волны и радиоволны ведут себя аналогичным образом. Эффектом Доплера пользуется полиция, определяя издалека скорость движения автомашин по частоте радиосигналов, отражающихся от них.»



Теперь об открытии расширения Вселенной, сделанному благодаря доплеровскому красному смещению:

«Когда большинство людей верило в статическую и неизменную Вселенную, вопрос о том, имела она начало или нет, относился, в сущности, к области метафизики и теологии.
Все наблюдаемые явления можно было объяснить как с помощью теории, в которой Вселенная существует вечно, так и с помощью теории, согласно которой Вселенную сотворили в какой-то определенный момент времени таким образом, чтобы все выглядело, как если бы она существовала вечно.
Но в 1929 г. Эдвин Хаббл сделал эпохальное открытие: оказалось, что в какой бы части неба ни вести наблюдения, все далекие галактики быстро удаляются от нас.

Иными словами, Вселенная расширяется.

Это означает, что в более ранние времена все объекты были ближе друг к другу, чем сейчас. Значит, было, по-видимому, время, около десяти или двадцати тысяч миллионов лет назад, когда они все находились в одном месте, так что плотность Вселенной была бесконечно большой.

Сделанное Хабблом открытие перевело вопрос о том, как возникла Вселенная, в область компетенции науки.»

Когда-то в прошлом расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю.
Вселенная должна была быть сжата в точку нулевого размера, в сферу с нулевым радиусом.
Плотность Вселенной и кривизна пространства-времени в эти славные времена должны были быть бесконечными. Они перестали быть таковыми только при Большом взрыве.

Еще одной бесконечной величиной в эпоху младенчества мироздания должна была быть температура.
Считается, что в момент Большого взрыва Вселенная была бесконечно горячей.
По мере того, как Вселенная расширялась, понижалась и температура. Отсюда берет истоки то, что мы называем материей.
Дело в том, что при таких высоких температурах, какие были во Вселенной на заре времен, не могли образоваться не только атомы, но и субатомные частицы – протоны и нейтроны. Но с понижением энергии они стали соединяться друг с другом. Так появилось вещество.

Примерно через 100 секунд после Большого взрыва Вселенная остыла до миллиарда градусов (это температура недр самых горячих звезд).
При таких условиях энергии протонов и нейтронов уже недостаточно для того, чтобы преодолеть сильное ядерное взаимодействие. Они начинают сливаться, образуя ядра дейтерия (тяжелого водорода), состоящие из протона и нейтрона.
И только потом ядра дейтерия, присоединяя протоны и нейтроны, могли превратиться в ядра гелия.
Остальные элементы рождаются позднее, в ходе термоядерного синтеза внутри водородно-гелиевых звезд.

После всей этой воистину «жаркой» суматохи около миллиона лет Вселенная просто продолжала расширяться, и ничего значительного не происходило.
Но когда температура понизилась до нескольких тысяч градусов, кинетическая энергия электронов и ядер стала недостаточной для того, чтобы преодолевать силу электромагнитного притяжения, и они начали объединяться в атомы.
Так появилась материя в привычном для нас понимании этого слова.

А как же антиматерия?
Что это такое и откуда взялась она?

Согласно законам физики, существует отрицательная энергия.
Для того, чтобы понять, что это такое, приведем аналогию. Представьте себе, что кто-то хочет возвести большой холм на плоском ландшафте.
Холм – это наша Вселенная.
Для создания холма этот кто-то выкапывает большую яму (ведь откуда-то он берет грунт для холма).
Яма – это и есть «отрицательная версия» холма.
То, что было в яме, теперь стало холмом, поэтому баланс полностью сохранен.

Такой же принцип лежал в основе «возведения» и нашей Вселенной.
Когда в результате Большого взрыва было создано большое количество позитивной энергии – одновременно с этим образовалось такое же количество отрицательной энергии.
Но где же она?
Ответ: повсюду, в пространстве.
«Яма» – и есть наше пространство, а вся материя, к которой мы привыкли, и которую можем наблюдать, то есть то, из чего состоит Вселенная – это «холм».

Квантовая механика

В момент Большого взрыва Вселенная была сжата в невообразимо малую точку. И именно на этом субатомном уровне терпит крах Общая теория относительности, как в свое время потерпели фиаско законы Ньютона, когда их попытались применить в отношении движения света.

На субатомном уровне действуют совершенно иные, по-настоящему фантастические законы, аналогов которым нет в нашей обыденной жизни.
Поэтому наука, изучающая эти законы, имеющая дело с явлениями, которые происходят в очень малых масштабах – квантовая механика – столь сложна для понимания.
Вселенная в момент Большого взрыва – это место, где действуют законы квантовой механики.

Но, желая сложить все пазлы мироздания, Стивен Хокинг возлагает самые большие свои надежды на создание единой теории функционирования Вселенной – теории квантовой гравитации. Она должна примирить ОТО с квантовой механикой.

Хокинг: «Сейчас есть две основные частные теории для описания Вселенной: общая теория относительности и квантовая механика. Обе они – результат огромных интеллектуальных усилий ученых первой половины XX века.
Общая теория относительности описывает гравитационное взаимодействие и крупномасштабную структуру Вселенной, т. е. структуру в масштабе от нескольких километров до миллиона миллиона миллиона миллиона (единица с двадцатью четырьмя нулями) километров, или до размеров наблюдаемой части Вселенной.
Квантовая механика же имеет дело с явлениями в крайне малых масштабах, таких, как одна миллионная одной миллионной сантиметра.
И эти две теории, к сожалению, несовместны – они не могут быть одновременно правильными.
Одним из главных направлений исследований в современной физике является поиск новой теории, которая объединила бы две предыдущие в одну – в квантовую теорию гравитации.»

Бог играет в кости

Квантовая механика основана на так называемом принципе неопределенности. Он гласит: частицы не обладают по отдельности точно определенными положениями и скоростями. Зато они имеют так называемые квантовые состояния, комбинации характеристик, которые известны лишь в границах, допускаемых принципом неопределенности.

Другими словами, чем точнее измеряется одна характеристика элементарной частицы – например, её местоположение, тем менее точно можно измерить вторую её характеристику – скорость.
Принцип неопределённости открыт Вернером Гейзенбергом в 1927 году.

Существует еще один фундаментальный принцип квантовой механики –

“Квантово-механический принцип Планка” (закон излучения Планка) – состоит в том, что свет (или любые другие классические волны) может испускаться или поглощаться только дискретными порциями – квантами – с энергией, пропорциональной их частоте.»

Этот принцип и принцип неопределенности Гейзенберга являются следствиями принципа корпускулярно-волнового дуализма, согласно которому любой физический объект может быть описан и как волна, и как частица (“корпускула” по-латыни частица).

Квантовая механика в один момент перечеркнула все надежды на то, что Вселенную и все процессы в ней можно предсказать.
Она внесла в науку самое страшное – случайность.
Законы квантовой механики предлагают лишь множество возможных результатов чего-либо, и говорят, насколько вероятен каждый из них.
Именно поэтому Эйнштейн до конца своей жизни так и не принял квантовую механику.
Свое отношение к ней он выразил знаменитой фразой: «Бог не играет в кости».

Хокинг: «Эйнштейн выступил очень резко против этой концепции, несмотря на ту огромную роль, которую сам сыграл в ее развитии.
За величайший вклад в квантовую теорию Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.
Но он никогда не мог согласиться с тем, что Вселенной управляет случай.
Все чувства Эйнштейна нашли свое выражение в его знаменитом высказывании: «Бог не играет в кости».
Однако большинство остальных ученых были склонны принять квантовую механику, потому что она прекрасно согласовалась с экспериментом.
Квантовая механика в самом деле является выдающейся теорией и лежит в основе почти всей современной науки и техники. Принципы квантовой механики положены в основу работы полупроводниковых и интегральных схем, которые являются важнейшей частью таких электронных устройств, как телевизоры и электронно-вычислительные машины.
На квантовой механике зиждется современная химия и биология.
Единственные области физики, которые пока не используют должным образом квантовую механику, это теория гравитации и теория крупномасштабной структуры Вселенной.»

Одно из наиболее важных следствий принципов квантовой механики – это то, что в некоторых отношениях частицы ведут себя подобно волнам. Они не имеют определенного положения, но «размазаны» по пространству, в соответствии с распределением вероятностей.
А еще, в соответствии с законами квантовой механики, у частицы нет какой-либо определенной «истории», то есть траектории движения в пространстве-времени. Вместо этого частица движется в определенных пределах по всем возможным траекториям, то есть находится, как это ни парадоксально, в нескольких местах одновременно.

Хокинг: «Американский ученый Ричард Фейнман придумал красивый способ, который дает возможность наглядно представить себе дуализм волна–частица. Фейнман ввел так называемое суммирование по траекториям.

При таком методе, в отличие от классической теории, частица уже не рассматривается как обладающая одной-единственной траекторией. Напротив, предполагается, что она может перемещаться по всем возможным путям в пространстве-времени и любой ее траектории отвечает пара чисел, одно из которых дает длину волны, а другое – положение в периоде волны (фазу).
Например, вероятность того, что частица пройдет через некоторую точку, получается суммированием всех волн, отвечающих каждой возможной траектории, проходящей через эту точку.»

Понять это можно лишь мозгом, расчетами и уравнениями, чувствами и логикой сделать это практически невозможно.
В нашей обыденной жизни чашечка кофе по утрам не появляется просто так. Для того чтобы на нашем столе возник напиток, понадобится взять кофейные зерна, сахар, воду и молоко. Но если заглянуть в чашечку кофе глубже, на субатомный уровень, можно стать свидетелем настоящего колдовства. А все потому, что на этом уровне частицы функционируют по законам квантовой механики. Они внезапно появляются, существуют какое-то время, столь же внезапно исчезают – и появляются снова.

Всё из ничего

Но откуда взялась невообразимо малая точка – наша Вселенная – к моменту Большого взрыва?
Оттуда же, откуда и чашечка кофе: из ничего.
Подобно исчезающим и появляющимся протонам в кофейном напитке, Вселенная появилась из ничего, и Большой взрыв был вызван… ничем!

Хокинг: «В доступной наблюдениям области Вселенной содержится порядка ста миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов (единица с восемьюдесятью нулями) частиц.
Откуда все они взялись?
Ответ состоит в том, что в квантовой теории частицы могут рождаться из энергии в виде пар частица–античастица.
Но тогда сразу возникает вопрос: откуда берется энергия?
Ответ таков. Полная энергия Вселенной в точности равна нулю.»

Впрочем, уже в следующую секунду после этого события произошло нечто удивительное: началось время.
Именно поэтому вернуться назад во времени до Большого взрыва невозможно – его просто не существовало.
А значит, не было и причины появления Вселенной, ведь для наличия причинно-следственной связи тоже требуется время.
У Бога просто не было времени создать причину появления Вселенной.
Для самого Стивена Хокинга все это означает невозможность создания и самого создателя, потому что для этого тоже не было времени.

Кроме этого, в квантовой теории пространство-время может быть конечным по протяженности (начинаться в момент Большого взрыва), но не иметь сингулярностей, формирующих границу или край.
Вселенная, таким образом, «замкнута» сама на себе, у нее нет границ, она полностью обособлена и не взаимодействует ни с чем вне себя.
А если это так, то, по мнению Хокинга, нет и необходимости выяснять, как ведет себя пространство-время на границе, нет нужды знать начальное состояние Вселенной. Ее, по словам Хокинга, нельзя ни создать, ни разрушить.
Она просто есть.

Хокинг: «Из представления о том, что пространство и время образуют замкнутую поверхность, вытекают также очень важные следствия относительно роли Бога в жизни Вселенной. В связи с успехами, достигнутыми научными теориями в описании событий, большинство ученых пришло к убеждению, что Бог позволяет Вселенной развиваться в соответствии с определенной системой законов и не вмешивается в ее развитие, не нарушает эти законы. Но законы ничего не говорят нам о том, как выглядела Вселенная, когда она только возникла, – завести часы и выбрать начало все-таки могло быть делом Бога. Пока мы считаем, что у Вселенной было начало, мы можем думать, что у нее был Создатель. Если же Вселенная действительно полностью замкнута и не имеет ни границ, ни краев, то тогда у нее не должно быть ни начала, ни конца: она просто есть, и всё! Остается ли тогда место для Создателя?»

https://naked-science.ru/article/nakedscience/stephen-hawking-science-and-religion

Комментарии

( 4 комментария — )

Alexander
23 Мар, 2018 18:00
Миша, спасибо за пост! 

Интересно было оживить в памяти представления о взгляде ученых на строение вселенной, а также знания о пространстве-времени, теории относительности, квантовой динамике.

И читая о теории большого взрыва и гипотезе о том, что у Вселенной нет конца и начала, у меня в воображении возникла картинка, что вселенная будто бы “дышит”. И то, что сейчас наблюдают расширение вселенной и удаление объектов друг от друга может свидетельствовать о том, что Вселенная как бы делает вдох. А за вдохом, через некоторое время будет выдох и Вселенная будет наоборот – сжиматься, что приведет к той точки, которую ученые считают в качестве точки отсчета. А потом снова будет вдох и т.д.

То есть как то так: 

Nataly
24 Мар, 2018 20:55

Михаил, спасибо за увлекательную экскурсию по вселенной! :)

С детства – всё что связано с космосом, вызывает во мне радость и восторженный интерес. Всю юность я поглощала всё из научной фантастики, что попадало в руки.

Но физику я со школы знаю плохо. Мне было скучно на уроках физики. :)))) Тут я завидую Хокингу, как физику, и с таким же как у меня (мне так кажется) восторженным отношением к космосу.

Мне всегда было интересно читать/слушать разные гипотезы происхождения, законов существования вселенной. Это как-бы вносило новые интересные штрихи в мой собственный образ вселенной. Даже когда я плохо, или совсем не понимала смысл этих гипотез. :)) Это как слушать какие-то новости о любимом человеке – всё равно о чём, лишь бы о нём. :))

Для меня никогда не стоял и сейчас не стоит вопрос существования Бога, никогда никакие научные сведения и теории не ставили под сомнение его существование. И вселенная, хоть и не приоткрывала никогда своих тайн и законов, никогда своей загадочностью меня не пугала. Она как-бы всегда была живой в моем представлении о ней. И настолько древней и мудрой, что мне было как-то смешно пытаться ее рационально понимать и объяснять. Это примерно как маленький ребенок не считает необходимым рационально анализировать поступки мамы и папы. Он настолько их любит и доверяет, что ему просто достаточно что они есть. Да и как бы рано ему еще, время не пришло для понимания.

Я в сравнении со вселенной чувствую себя младенцем, я не понимаю что, как и почему в ней устроено и функционирует. Меня радует само то, что я хоть как-то могу видеть ее, знать о ней и иногда узнавать о ней такие вот прекрасные и интересные сведения – черные дыры, антиматерия, галактики, большой взрыв… :))

Мне запомнился вот этот момент из поста:

“В нашей обыденной жизни чашечка кофе по утрам не появляется просто так. Для того чтобы на нашем столе возник напиток, понадобится взять кофейные зерна, сахар, воду и молоко. Но если заглянуть в чашечку кофе глубже, на субатомный уровень, можно стать свидетелем настоящего колдовства. А все потому, что на этом уровне частицы функционируют по законам квантовой механики. Они внезапно появляются, существуют какое-то время, столь же внезапно исчезают – и появляются снова.”

Но, наверное, я его поняла немного по-своему… Мне видится, что современная наука пока пытается объяснить причины и законы зарождения вселенной, не имея возможности даже заглянуть за края кофейной чашечки. Что уж говорить о вызревании кофейных зерен, сборе урожая, кораблях везущих кофе через океан, о рецептах приготовления напитка… Хотя, самого напитка это никак не портит :)

А про самого Хокинга могу сказать, что хоть и мало знакома с его деятельностью, но встречая в сети его фото и видео, обращала внимание, что при всей его явной физической неполноценности, у меня никогда не возникало к нему жалости, и вид его не отталкивал. Напротив, даже какой-то притягательной силой обладала его внешность. Очень живой и ясный взгляд.

Nataly
24 Мар, 2018 21:01
И вот, кстати, встретила буквально вчера – про Хокинга и черные дыры :)


Астрономы из МГУ назвали новую черную дыру в честь Стивена Хокинга.

https://cont.ws/@grinzar/892351
KarinaS
24 Мар, 2018 22:29
Михаил, спасибо большое за пост! Очень увлекательно и познавательно!

( 4 комментария — )