Доктор Стивен Хокинг и его отношения с Богом. Что британский астрофизик может сказать о Всевышнем и Вселенной.
Не нужно быть психологом, чтобы понять, что на протяжении всей своей жизни доктор Хокинг продолжал бороться с Богом, наложившим на него такое «наказание». Но, возможно, все было наоборот. Создатель «наказал» учёного за то, что он решил постичь тайны болезни ещё в молодости и до начала болезни? Иронию этого парадокса можно сравнить только с иронией замкнутой на себя Вселенной, ограниченной в масштабах, но не имеющей границ. Аналогичное противоречие существует на границе между физикой и философией. Но с точки зрения естественного права, существует ли творец? Расскажем, что думает по этому поводу сам Стивен Хокинг.
Наука и религия
Эти противоположности воюют друг с другом уже около 3000 лет. В 1277 году папа Иоанн XXI испугался существования естественного права и объявил его ересью. Но, к сожалению, он не смог запретить даже одну из них — гравитацию. Через несколько месяцев крыша дворца обрушилась прямо на голову папы.
Но религия с ее гибкой логикой быстро находила решение каждой проблемы. Она быстро заявила, что законы природы — дело рук Бога и что Бог изменит эти законы в любое время, «если пожелает». И огонь для тех, кто думает иначе.
Позже все оказалось немного сложнее. К этому была готова и скромная церковь. В 1985 году на конференции по космологии в Ватикане Папа Иоанн Павел II заявил, что нет ничего плохого в изучении структуры Вселенной. «Но мы не должны подвергать сомнению его происхождение, потому что это дело Творца», — подчеркнул Папа. Но у Стивена Хокинга все еще были сомнения.
По мнению Хокинга, чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо понять природу всего трёх элементов, составляющих «космическую плиту»: материи, энергии и пространства. Но откуда они взялись на этой «кухне»? Эйнштейн дал ответ на этот вопрос. Но ведь он еще и «стоит на плечах гигантов», так что начнем с того, откуда.
Аристотель, Ньютон и Галилей
Как известно, Ньютон установил законы движения на основе измерений Галилея. Напомним, что в последнем эксперименте объект катился по наклонной поверхности под действием постоянной силы и получал постоянное ускорение. Таким образом, было показано, что фактический эффект силы — это изменение скорости объекта, а не что-то, что приводит его в движение, как считалось ранее. Это также показывает, что объект движется по прямой с постоянной скоростью, если на него не действует сила (первый закон Ньютона).
Помимо законов движения, в трудах Ньютона описывается также определение величины особой силы, а именно гравитации. Согласно закону всемирного тяготения, любые два объекта притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс.
Основное различие между взглядами Аристотеля, с одной стороны, и взглядами Галилея и Ньютона, с другой, заключается в том, что Аристотель считал покой естественным состоянием каждого тела и что оно имеет тенденцию к этому, если его не испытать действие некоторой силы. Например, Аристотель считал, что Земля неподвижна. Но законы Ньютона говорят нам, что покоя не существует. Все движется. Земля и поезда, которые по ней ходят.
Как насчет этого? Отсутствие абсолютных «норм отдыха» в физике имело такие же последствия для учащихся церковно-приходских школ, т е для поступления в университеты. Поэтому оказалось невозможным определить, произошли ли в одном и том же месте два события, произошедшие в разное время. А это уже означает, что не существует абсолютного, фиксированного пространства. Ньютон был этим очень разочарован. Потому что это не согласовывалось с его идеей об абсолютном Боге. В результате он фактически отказался от этого вывода, который был следствием открытого им закона.
Однако и Аристотель, и Ньютон находили общее «спокойствие» в своей вере в абсолютное время. Они считали, что можно измерить интервал между двумя событиями и что полученное числовое значение будет одинаковым независимо от того, кто его измерит (конечно, используя точные часы). В отличие от абсолютного пространства, абсолютное время очень хорошо согласуется с законами Ньютона, и большинство людей сегодня считают, что это соответствует здравому смыслу. Но тут появляется Эйнштейн…
3 равно 2
Великий Эйнштейн, назвавший себя «цыганским странником», обнаружил, что два строительных блока Вселенной, материя и энергия, по сути одинаковы, как две стороны одной медали. Его знаменитое E = mc2 (где E — энергия, m — масса объекта, а c — скорость света в вакууме) означает, что массу можно считать разновидностью энергии, и наоборот. Поэтому нам нужно представить Вселенную как «пирог», состоящий всего из двух элементов: энергии и пространства. Но как он оказался в таком состоянии?
Вы можете назначить разные скорости одному и тому же объекту (например, летящему шарику для пинг-понга). Все зависит от того, в какой системе отсчета измеряется эта скорость. Если мяч бросить в движущийся поезд, его скорость можно вычислить относительно поезда. Альтернативно, его можно рассчитать относительно Земли, по которой этот поезд курсирует и, как известно, движется вокруг своей оси. Он движется вокруг Солнца.. и так до бесконечности.
Если верить законам Ньютона, то же самое можно сказать и о свете. Но благодаря Максвеллу наука узнала, что скорость света постоянна, где бы вы ее ни измеряли. Чтобы согласовать теорию Максвелла с механикой Ньютона, была принята гипотеза, что везде, даже в вакууме, существует некая среда, называемая «эфиром».
Согласно теории эфира, световые волны (мы знаем, что свет одновременно обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами) распространяются в эфире так же, как звуковые волны в воздухе, и их скорость сравнивают с этим эфиром. В этом случае разные наблюдатели будут фиксировать разные значения скорости света, но по сравнению с эфиром скорость света останется постоянной.
Однако знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли 1887 года заставил учёных навсегда отказаться от идеи эфира. К большому удивлению самих экспериментаторов, им удалось доказать, что скорость света никогда не меняется, от чего бы ее ни измеряли.
Принцип относительности Эйнштейна гласит, что законы физики должны быть одинаковыми для всех свободно движущихся систем, независимо от скорости. То же самое относится и к законам движения Ньютона, но Эйнштейн распространил эту гипотезу на теорию Максвелла.
Это означает, что, поскольку скорость света постоянна, свободно движущийся наблюдатель должен фиксировать одну и ту же величину независимо от скорости, с которой он движется к источнику света или от него. Этот простой вывод объяснил появление скорости света в уравнениях Максвелла без участия эфира или какой-либо другой привилегированной системы отсчета. Но тот же вывод привел ко многим другим удивительным открытиям. Прежде всего, изменилось понятие времени.
Например, согласно специальной теории относительности, человек, едущий в поезде, и человек, стоящий на платформе, будут иметь разные оценки расстояния, которое пройдет свет от одного и того же источника. А поскольку скорость — это расстояние, деленное на время, единственный способ, которым наблюдатели могут прийти к единому мнению относительно скорости света, — это если они также не согласны во времени. Таким образом, теория относительности навсегда положила конец понятию абсолютного времени!
Другим выводом СТО является неразделимость времени и пространства, составляющих особую общность, пространство и время.
Эйнштейн развил идею СТО в общей теории относительности, чтобы показать, что гравитация никогда не является какой-то силой притяжения, а, скорее, результатом того факта, что пространство-время искривляется присутствующими в нем массой и энергией.
На этом этапе давайте вернемся к разрушенной до основания иллюзии абсолютного времени. Эйнштейн доказал, что время должно замедляться вблизи огромного небесного тела, например Земли (грубо говоря, это происходит из-за искривления пространства, то есть «растяжения» времени тела). Чем больше масса объекта, тем медленнее течет время вокруг него, и наоборот.
Как известно, на орбите Земли время течет быстрее, чем на планете, поэтому космонавты выбирают другую карьеру и всегда возвращаются домой немного моложе, чем были бы, если бы остались на Земле. Однако наблюдать такую «молодость» у космонавтов практически невозможно. Во-первых, потому что орбита Земли ближе к Земле, а во-вторых, потому что космонавты проводят на орбите меньше времени. Но если кто-то из них отправится в космическое путешествие на корабле со скоростями, близкими к скорости света, и вернется через год, он, конечно, обнаружит не только то, что никого из его близких нет в живых, но и то, что его внуков и правнуков нет в живых.Поколениями.
Большой взрыв
Давайте вернемся к двум другим элементам, из которых состоит Вселенная: энергии и пространству. Откуда они пришли? Сегодня учёные отвечают, что они появились в результате Большого взрыва. Но что такое Большой взрыв?
Около 13,7 миллиардов лет назад Вселенная сжалась в невообразимо маленькую точку. Об этом свидетельствует не только известный эффект красного смещения, но и все решения уравнений Эйнштейна. В какой-то момент в прошлом расстояние между соседними галактиками равнялось нулю. Вселенную пришлось сжать в точку размером 0 и сферу радиуса 0. Плотность Вселенной и кривизна пространства-времени в эту славную эпоху были бы бесконечными. Они перестали быть таковыми только с Большим Взрывом.
Еще одной бесконечной величиной в начале Вселенной была температура. Считается, что в момент Большого взрыва Вселенная была бесконечно горячей. По мере расширения Вселенной увеличивалась и ее температура. Это происхождение того, что мы называем материей. На самом деле при таких высоких температурах, как в начале Вселенной, не могли образоваться не только атомы, но и элементарные частицы. Однако по мере того, как энергия уменьшалась, они начали соединяться друг с другом. Так появилась материя.
Примерно через 100 секунд после Большого взрыва Вселенная остыла до 1 миллиарда градусов (такая температура внутри самых горячих звезд). В таких условиях энергии одних только протонов и нейтронов уже недостаточно для преодоления сильных ядерных взаимодействий. Они начинают сливаться, образуя ядро дейтерия (дейтерия), состоящее из протонов и нейтронов. Только тогда ядро дейтерия сможет добавить протоны и нейтроны и превратиться в ядро гелия. Остальные элементы рождаются позже в ходе термоядерного синтеза внутри звезды из водорода и гелия.
Примерно через миллион лет этого действительно «горячего» волнения Вселенная продолжала расширяться, и ничего существенного не произошло. Однако когда температура падает до нескольких тысяч градусов, кинетической энергии электронов и ядер становится недостаточно для преодоления электромагнитного притяжения, и они начинают объединяться в атомы. Вот как выглядит материя в нашем обычном понимании языка.
А как насчет антиматерии? Что это такое и откуда оно взялось? По законам физики существует отрицательная энергия. Чтобы понять, что это такое, воспользуемся аналогией. Представьте, что кто-то хочет построить большой холм на ровной местности. Холмы – это наша вселенная. Кто-то роет большую яму, чтобы сделать холм. Яма – это «негативная версия» холма. То, что раньше было ямой, теперь превратилось в холм, и баланс сохраняется идеально. Тот же принцип лежит в основе «строительства» нашей Вселенной. Когда Большой взрыв произвел большое количество положительной энергии, он также произвел такое же количество отрицательной энергии. Но где она? Ответ: Где угодно, даже в космосе. «Дыра» — это наше пространство, а вся материя, которая нам знакома и которую мы можем наблюдать, то есть из которой состоит Вселенная, — это «холм».
Квантовая механика
В момент Большого взрыва Вселенная сжалась в невообразимо маленькую точку. И именно на этом субатомном уровне общая теория относительности терпит неудачу, точно так же, как законы Ньютона пытались применить ее к движению света и потерпели неудачу. На субатомном уровне действуют совершенно другие и поистине чудесные законы, не имеющие аналогов в нашей повседневной жизни. Вот почему квантовую механику, науку, изучающую законы, связанные с явлениями, происходящими в очень малых масштабах, так трудно понять. Во Вселенной в момент Большого взрыва действуют законы квантовой механики.
Но Стивен Хокинг, который хочет собрать воедино все загадки Вселенной, возлагает свои самые большие надежды на создание единой теории того, как работает Вселенная: теории квантовой гравитации. Общая теория относительности и квантовая механика должны быть примирены.
Бог играет в кости
Квантовая механика основана на так называемом принципе неопределенности. Он утверждает, что частицы не имеют индивидуально точно определенных положений и скоростей. Но у них есть так называемые квантовые состояния, т е комбинации свойств, которые известны лишь в той степени, в которой это позволяет принцип неопределенности.
Квантовая механика в какой-то момент разбила все надежды на возможность предсказать Вселенную и все процессы в ней. Она привнесла в науку самое худшее: случайность. Законы квантовой механики дают нам лишь набор возможных результатов чего-то и говорят нам, насколько вероятен каждый результат. Вот почему Эйнштейн так и не принял квантовую механику до конца своей жизни. Свое отношение к ней он выразил знаменитой фразой: «Бог не играет в кости».
Одним из наиболее важных следствий принципа неопределенности является то, что частицы в некоторых отношениях ведут себя как волны. Они не имеют конкретного местоположения, а «размазаны» по пространству согласно распределению вероятностей. Также, согласно законам квантовой механики, частицы не имеют определенной «истории» или траектории движения в пространстве и времени. Вместо этого частицы движутся по всем возможным траекториям в определенных пределах. Итак, как это ни парадоксально, вы находитесь в нескольких местах одновременно.
Это то, что можно понять только мозгом, расчетами и уравнениями, эмоциями и логикой, и практически невозможно. В нашей повседневной жизни чашка утреннего кофе появляется не просто так. Чтобы подать напиток на стол, необходимо подготовить кофейные зерна, сахар, воду и молоко. Но если вы посмотрите на свою чашку кофе более глубоко, на субатомном уровне, вы сможете стать свидетелем настоящего волшебства. Все потому, что на этом уровне частицы функционируют по законам квантовой механики. Они внезапно появляются, существуют какое-то время, так же внезапно исчезают, а затем снова появляются.
Всё из ничего
Но откуда во время Большого взрыва взялась эта невообразимо крошечная точка, наша Вселенная, из ничего, из того же места, что и чашка кофе? Подобно тому, как протоны исчезают и вновь появляются в кофейном напитке, Вселенная возникла из ничего, а Большой Взрыв был вызван.. ничем!
Но в следующие мгновения после этого события произошло нечто удивительное. Время началось. Вот почему невозможно вернуться в прошлое, к Большому взрыву. Большого взрыва просто не существовало. Это означает, что для возникновения Вселенной не было никакой причины, поскольку для существования причинности тоже требуется время. У Бога просто не было времени создать космическую причину. Для самого Стивена Хокинга это означает невозможность творения и невозможность самого творца. Потому что у меня не было на это времени.
Более того, в квантовой теории, хотя протяженность пространства-времени может быть конечной (начиная с момента Большого взрыва), не существует сингулярностей, образующих границы или края. Следовательно, Вселенная «замкнута» внутри себя, не имеет границ, полностью разделена и ни с чем вне себя не взаимодействует. А если это так, то, по мнению Хокинга, нам не нужно знать, как ведет себя пространство-время на границе, и нам не нужно знать начальное состояние Вселенной. По словам Хокинга, его нельзя создать или уничтожить. Она именно такая.
«Пока мы верили, что у Вселенной было начало, роль творца была ясна», — писал Хокинг в «Краткой истории времени». «Но если Вселенная действительно полностью автономна, без границ, краев, начала и конца, то ответ на вопрос о роли Творца становится менее очевидным».