Существует ли Бог? Как возникла Вселенная? Что такое время? Это настолько пугающие вопросы, что большинство обычных людей стараются даже не думать об этом. Гениальный ученый Стивен Хокинг не только нашел ответы, но и рассказал о них языком, доступным каждому.
По собственному признанию Стивена Хокинга, в детстве он не отличался успехами в учебе. Однако уже тогда он задавался важными вопросами — настолько пугающими и, казалось бы, не имеющими ответов, — что большинство обычных людей стараются просто не думать на такие темы. В своей небольшой книге «Краткие ответы на большие вопросы» Хокинг поделился с читателями своими последними идеями — как научными, так и личного характера. Он скончался в марте этого года в возрасте 76 лет, но перед этим доступным и понятным языком объяснил абстрактные понятия, составляющие предмет космологии и теоретической физики.
Кроме того, в этой полной юмора книге Хокинг рассказал о своей жизни, поведав, как из не подающего больших надежд студента он превратился в ученого с мировым именем — достижение, значимость которого является особенно высокой с учетом того, что еще до достижения тридцатилетия у Хокинга было диагностировано прогрессирующее заболевание центральной нервной системы, боковой амиотрофический склероз.
Врачи считали, что жить ему осталось недолго. Этот ранний смертный приговор выработал у Хокинга удивительный вкус к жизни и осознание ценности каждого прожитого момента.
«После того, как мои ожидания свелись к нулю, каждый новый день стал для меня подарком, и я начал ценить все, что имею, — объясняет он. — Пока я живу, я надеюсь».
Хокинг соглашался с тем, что Бога можно определить, как «законы природы», однако считал это не доказательством существования Бога, а просто описанием безличной высшей сущности, которая не влияет на жизнь человека и не судит нас. «Я ничего не имею против Бога, — писал он, — и не хочу, чтобы мою работу воспринимали как попытку доказать или опровергнуть его существование. Моя работа состоит в том, чтобы найти рациональное объяснение того, как все вокруг нас устроено».
Именно этим Хокинг и занимается в своей книге, объясняя, как организована Вселенная и каким образом она сама себя создала.
Масса и пространство
Хотя Вселенная и сложна, она состоит всего из трех компонентов — материи, энергии и пространства. А если воспринимать материю, или массу — пыль, камни, лед и жидкости — как форму энергии, что доказал Альберт Эйнштейн в своем уравнении E=mc2, то получается, что Вселенная состоит всего из двух основных компонентов — энергии и пространства.
Есть вещество — масса или материя, и есть то, что содержит в себе это вещество и окружает нас — пространство. Уравнение Эйнштейна, в котором сказано, что энергия объекта равна его массе, умноженной на квадрат скорости света, по сути, доказывает, что масса и энергия — это одно и то же. Космическая кладовка устроена очень просто, однако из трех (или двух) имеющихся в ней ингредиентов можно приготовить огромное количество блюд.
Хокинг верил в то, что именно это и привело к тому, что Вселенная создала себя сама.
«В момент Большого взрыва возникла вся наша Вселенная, а вместе с ней и пространство. Она раздулась, как большой воздушный шарик», — писал он.
Большой взрыв произвел огромное количество положительной энергии, однако одновременно с этим высвободилось такое же количество отрицательной энергии — мы знаем об этом, потому что Вселенная симметрична. Хокинг объясняет эту симметрию с помощью простой аналогии. Если вы насыпаете холм, то одновременно с этим роете яму, беря землю из одного места, чтобы переместить ее в другое. То же самое происходит и в случае с положительной и отрицательной энергией. Согласно законам природа, сумма всегда должна равняться нулю.
Пространство — это и есть обширное хранилище отрицательной энергии, уравновешивающей положительную энергию материи. Хокинг сравнивал Вселенную с «огромным аккумулятором», в котором хранится отрицательная энергия.
Отрицательная энергия (яма) распределена по всему пространству, а положительная (холм) — это масса и энергия материального мира, и к ней относятся люди, горы, Земля и многое другое.
Теперь перейдем к более сложным вещам. Для того, чтобы понять, как Вселенная могла создать саму себя из ничего, нам придется обратиться к квантовой механике. На микроуровне энергия действует случайным образом и иногда может на мгновение возникать из ничего. Хокинг называет Вселенную «величайшим бесплатным обедом», поскольку она возникла на микроуровне из ничего, не имея никакой «причины» или «создателя» помимо законов квантовой механики и присущего ей элемента случайности.
До времени
Обычно мы полагаем, что каждое событие или явление возникает благодаря другому явлению, произошедшему раньше. Поэтому можно прийти к выводу, что Вселенную создал Бог. Однако Хокинг предлагал другое объяснение:
«Закон природы говорит нам, что не только Вселенная, подобно протону, могла появиться на свет без чьей-либо помощи, вообще не задействуя какое-либо количество энергии, но и Большой взрыв, возможно, возник из ничего. Из ничего».
Хокинг утверждает, что время появилось именно тогда, когда произошел Большой взрыв. Благодаря Эйнштейну мы знаем, что между временем и пространством существует фундаментальная связь. Поэтому если мы согласимся с тем, что до Большого взрыва не было никакого времени, нам не нужно будет объяснять возникновение Вселенной с помощью фигуры Создателя.
«Мы не можем говорить о времени до Большого взрыва, поскольку до Большого взрыва времени не существовало как такового, — пишет Хокинг. — Мы наконец нашли то, у чего нет предшествующего явления, потому что не было времени, в котором это явление могло бы существовать».
По словам Хокинга, бессмысленно спрашивать о том, что было до Большого взрыва, так как тогда вообще не было такой вещи, как время. Это вопрос, на который нет и не может быть ответа. Все равно, что спросить: «Что находится к югу от Южного полюса?»
Если концепция времени существует только в нашей Вселенной, а Вселенная возникла самопроизвольно на микроскопическом уровне, создав при этом время, то мы в принципе не можем говорить о том, что было «раньше». Время появилось как результат Большого взрыва.
Конец истории
После Большого взрыва, создавшего время, Вселенная начала быстро расширяться. Мы знаем об этом, поскольку можем изучить начало Вселенной с помощью очень слабых радиоволн, которые дают нам возможность создать своего рода карту прошлого.
В 1960-е годы ученые установили, что Большой взрыв разбросал по Вселенной частицы материи, из которых образовались галактики, а также высвободил огромное количество радиоактивной энергии, которую можно обнаружить в микроволнах. Как объясняют эксперты НАСА, эти волны — являющиеся отголосками Большого взрыва, так называемым «послесвечением» — мы теперь можем измерить.
Температура небесной сферы практически везде одинакова, существуют лишь мельчайшие отклонения (или флуктуации) размером в миллионную долю, которые и позволяют нам узнать о возникновении, эволюции и устройстве Вселенной. Считается, что эти крошечные вариации космического микроволнового излучения отображают различия в плотности материи в начале существования Вселенной, которые привели к формированию галактик и, в конечном итоге, к появлению жизни.
В 1982 году Хокинг предложил теорию, согласно которой квантовые флуктуации — крошечные вариации в распределении материи — могли привести к появлению организованных структур, таких как галактики, звезды, а затем и формы жизни.
Примерно 20 лет спустя космический аппарат НАСА WMAP добыл факты, подтверждающие эту гипотезу, зафиксировав эти слабые флуктуации температуры микроволнового излучения, которые доказывают, что в ранней Вселенной были зоны различной плотности.
Как пишет об этом в своей книге Стивен Хокинг: «WMAP создал удивительную карту флуктуаций температуры распределения микроволнового излучения на небесной сфере — снимок Вселенной, когда она была в сто раз моложе, чем сейчас». На этой карте есть несоответствия, которые доказывают, что некоторые участки Вселенной обладали большей плотностью, чем другие. В этих плотных зонах благодаря гравитации расширение происходило медленнее, и частицы материи сбивались в галактики и звезды. Хокинг назвал эту карту «чертежом всей структуры Вселенной», а человечество — «продуктом квантовых флуктуаций очень ранней Вселенной».
Одно из последних предсказаний Хокинга заключается в том, что, в конечном итоге, гравитационное притяжение всей материи полностью остановит расширение Вселенной и произойдет Большое сжатие. В результате гравитации галактики будут притягиваться друг к другу и, в итоге, сожмутся в одну.
У Хокинга был и другой прогноз относительно будущего Вселенной, тоже не слишком оптимистичный. Согласно этой гипотезе, если плотность Вселенной упадет ниже критического значения и гравитационное притяжение станет слишком слабым, галактики продолжат удаляться друг от друга, и космос будет становиться все более пустым и холодным по мере выгорания звезд.
В любом случае, через сжатие или расширение, по мнению Хокинга, Вселенная когда-нибудь перестанет существовать. Где было начало, там будет и конец. Однако сильно переживать не стоит, до конца истории остаются еще миллиарды лет.
А пока что не стоит растрачивать попусту отведенное нам время. «Будьте смелыми, будьте любознательными, будьте целеустремленными, преодолевайте трудности. Все осуществимо, — писал Хокинг. — Все мы путешественники во времени, вместе направляющиеся в будущее. Так давайте сделаем это будущее тем местом, которое нам захочется посетить».
