Краткая история времени
От Большого взрыва до черных дыр
Для кого эта книга?
Физика – наука, позволяющая нам, людям, понять, как устроен и по каким законам работает этот мир. И особое внимание ученые всегда уделяли изучению космоса, в попытках установить: как и когда возникла наша Вселенная? И что вообще привело к ее возникновению?
Данная книга является доступной для понимания систематизацией всех знаний, полученных при попытке найти ответы на эти вопросы. Стивен Хокинг – не только гениальный ученый, но и прирожденный рассказчик, которому удалось собрать разрозненную мозаику фактов в единую простую картину. Картину, изображающую карту звездного неба над нашими головами.
Раскройте тайны космоса.
Трудно представить что-то более захватывающее и наводящее на размышления, чем ночное звездное небо. Что-то в мерцании космоса заставляет нас задуматься о великих тайнах вселенной.
«Краткая история времени» поможет раскрыть эти секреты, приоткрыв завесу тайн над законами, управляющими вселенной. Написанная доступным языком, она поможет даже людям, далеким от науки, понять, почему существует вселенная, как она возникла и как будет выглядеть в будущем.
Также вы узнаете о довольно необычных явлениях, например, о черных дырах, которые засасывают все (ну, почти все), что движется по направлению к ним. Вам откроются секреты самого времени, поскольку этот обзор даст ответы на такие вопросы, как: «Насколько быстро идет время?» и «Откуда мы знаем, что оно движется вперед?»
Можно с уверенностью сказать, что теперь вы будете смотреть на ночное небо совсем по-другому.
Теории, основанные на том, что вы видели в прошлом, могут помочь предсказать будущее.
Вы наверняка слышали о теории гравитации или теории относительности. Но что мы на самом деле имеем в виду, когда говорим о теориях?
Теория, в ее общих чертах, является моделью, которая точно объясняет большие группы наблюдений. Ученые собирают данные из своих наблюдений, например, в ходе экспериментов, и используют их для объяснения того, как и почему происходят те или иные явления.
Например, Исаак Ньютон разработал теорию гравитации после наблюдения многих явлений: от яблок, падающих с деревьев до движения планет. Используя собранные им данные, Ньютон смог описать гравитацию в теории.
Теории имеют два больших преимущества:
Во-первых, они позволяют ученым делать определенные прогнозы о будущих событиях.
Например, теория гравитации Ньютона позволила ученым предсказывать движение планет. Если вы, скажем, хотите знать, где Марс будет через шесть месяцев, это можно точно предсказать, используя теорию гравитации.
Во-вторых, теории всегда опровержимы, то есть они открыты для изменений, если будут найдены новые доказательства, не соответствующие данной теории.
Например, когда-то люди верили в теорию, что все во вселенной вращается вокруг Земли. Галилей опроверг эту теорию, когда заметил на орбите Юпитера спутники и показал, что на самом деле не все вращается вокруг нашей планеты.
Таким образом, новое наблюдение всегда может опровергнуть теорию, какой бы надежной она ни казалась в данный момент. Теории никогда не могут быть доказаны, и это делает науку постоянно развивающимся процессом.
В 1600-х годах Исаак Ньютон произвел революцию в нашем представлении о том, как движутся объекты.
До Исаака Ньютона люди думали, что естественное состояние объекта – абсолютный покой. Это означает, что если на объект не воздействует никакая сила, то он останется совершенно неподвижным.
В 1600-х годах Ньютон полностью опроверг это убеждение, представив теорию, согласно которой все объекты во вселенной не являются неподвижными, а наоборот – находятся в постоянном движении.
Ньютон обнаружил, что планеты и звезды во вселенной постоянно движутся относительно друг друга. Например, Земля постоянно вращается вокруг Солнца, а Солнечная система движется вокруг Галактического центра. Получается, что ничто никогда не стоит на месте.
Чтобы описать, как движутся все объекты во вселенной, Ньютон разработал три закона.
Первый закон Ньютона гласит, что все объекты будут двигаться по прямой линии, если на них не воздействует другая сила. Это было продемонстрировано в эксперименте Галилея, в котором он катил шары вниз по склону. Поскольку сила тяжести была единственной силой, действующей на шары, они катились по прямой линии.
Второй закон Ньютона гласит, что объект будет ускоряться со скоростью, пропорциональной действующей на него силе. Например, автомобиль с более мощным двигателем будет ускоряться быстрее, чем автомобиль с менее мощным двигателем. Этот закон также гласит, что чем больше масса тела, тем меньше сила влияет на его движение. Например, если есть две машины с одним и тем же двигателем, более тяжелая машина будет ускоряться быстрее.
Третий закон Ньютона описывает гравитацию. В нем говорится, что все тела во вселенной притягивают другие тела с силой, пропорциональной массе каждого объекта. Это означает, что, если вы удвоите массу одного объекта, сила будет вдвое больше. Если вы удвоите массу одного объекта и утроите массу другого, сила будет в шесть раз больше.
Тот факт, что скорость света постоянна, показывает, что не всегда можно измерить скорость одного объекта относительно другого.
Мы видели, как теория Ньютона покончила с идеей абсолютного покоя и заменила ее теорией, что движение каждого объекта относительно движению другого. Не менее важным было предположение, что скорость объекта является относительной.
Например, представьте, что вы читаете книгу, сидя в поезде, движущемся со скоростью 100 миль (или 160 км) в час. Как быстро вы едете? Для наблюдателя, смотрящего на поезд, вы едете со скоростью 100 миль (или 160 км) в час. Но по отношению к книге, которую вы читаете, ваша скорость равна нулю. Таким образом, ваша скорость соотносится с другим объектом.
И все же в теории Ньютона возникла одна большая дыра: скорость света.
Скорость света постоянна, а не относительна. Это всегда 186 000 миль в секунду (или приблизительно 299 000 км/с). Неважно, как быстро движется какой-то объект – скорость света остается неизменной.
Например, если бы поезд из нашего примера двигался в направлении луча света со скоростью 100 миль в час, скорость света была бы 186 000 миль в секунду. И если бы поезд остановился на красный свет, луч света все равно имел скорость 186 000 миль в секунду. Неважно, кто смотрит на свет или как быстро этот кто-то движется – скорость света всегда будет одинаковой.
Этот факт ставит вопрос теории Ньютона: как скорость чего-либо может быть постоянной независимо от состояния наблюдателя?
Ответ был найден в начале XX века, когда Альберт Эйнштейн сформулировал теорию относительности.
Теория относительности утверждает, что само время является относительным.
Постоянная скорость света была проблемой для теории Ньютона, поскольку та доказывала, что скорость не всегда относительна. Поэтому ученым нужна была обновленная модель, учитывающая скорость света.
Альберт Эйнштейн разработал такую теорию и назвал ее теория относительности.
Теория относительности утверждает, что законы науки одинаковы для всех свободно движущихся наблюдателей. Это означает, что независимо от собственной скорости любой наблюдатель будет наблюдать одинаковую скорость света.
На первый взгляд, это утверждение может показаться довольно простым, но многие из основных предположений этой теории на самом деле очень сложны для понимания.