Всего на сайте:
123 тыс. 319 статей

Главная | Естествознание

Черные дыры и молодые вселенные  Просмотрен 158

ВВЕДЕНИЕ

Эта книга представляет собой сборник статей — от автобиографических очерков до размышлений о философии науки, — написанных мною в период с 1976 по 1992 год в попытках объяснить тот жгучий интерес, который я испытывал к науке и Вселенной. Книга завершается стенограммой передачи «Диски необитаемого острова», где я рассказываю о себе. В Великобритании есть такая программа: гостю предлагают представить себя на необитаемом острове и просят выбрать восемь музыкальных дисков, с которыми он предпочел бы коротать время до своего вызволения. К счастью, мне не пришлось слишком долго ждать возвращения к цивилизации.

Статьи были написаны в течение шестнадцати лет и отражают уровень моих знаний на то время, — надеюсь, с годами они возросли, поэтому я снабдил каждую статью датой и пояснением, по какому случаю она появилась. Все они создавались как законченные произведения, и потому от повторений никуда не деться. Я постарался уменьшить их количество, но кое‑что все равно осталось.

Множество статей этой книги предназначались для устного изложения. Мое произношение всегда было нечетким, так что мне приходилось передавать проведение лекций и семинаров другим — как правило, кому‑нибудь из моих практикантов, тому, кто хорошо меня понимал, а текст озвучивал лучше. Однако в 1985 году, после операции, я совсем утратил способность говорить и на некоторое время остался безо всяких средств общения. В конце концов я вооружился компьютерной системой и замечательным речевым синтезатором. К своему удивлению, я обнаружил в себе способности выступать перед большой аудиторией. Мне нравилось объяснять научные теории и отвечать на вопросы. Конечно, еще нужно учиться и учиться, чтобы совершенствовать эти способности, но надеюсь, я делаю успехи — о чем можете судить сами, читая эти страницы.

Я не согласен с мнением, что Вселенная — это загадка, нечто не поддающееся пониманию и анализу, то, о чем можно получить лишь интуитивное представление. Я чувствую, что такое воззрение несправедливо по отношению к научной революции во всех областях мироздания, начатой почти четыреста лет назад Галилеем и продолженной Ньютоном. Эти двое показати, что по крайней мере некоторые части Вселенной ведут себя не произвольным образом, а подчиняются точным математическим законам. За прошедшие годы мы распространили результаты Галилея и Ньютона почти на все области. Теперь у нас есть математические законы, управляющие всем, с чем мы обычно сталкиваемся. И мерилом нашего успеха является факт расходования миллиардов фунтов на постройку гигантских машин, разгоняющих частицы до такой высокой энергии, что мы еще не знаем, к чему приведет их столкновение. Частицы с такой высокой энергией не встречаются на Земле в обычных условиях, поэтому огромные затраты на их исследования могут показаться чисто академическими и не очень нужными. Но такие частицы могли встречаться, когда Вселенная была молодая, и потому, если мы хотим понять, как она возникла, то должны выяснить, что происходит при этих энергиях.

Мы еще очень многого не знаем о Вселенной, многого не понимаем. Но уже достигнутый нами прогресс, в частности за последние сто лет, должен воодушевить нас и придать уверенности в том, что полное понимание — в границах возможного. Думаю, мы не обречены вечно бродить на ощупь в темноте. Совершив рывок к созданию полной теории Вселенной, мы станем ее истинными хозяевами.

Научные статьи этой книги были написаны в надежде, что Вселенная подчиняется какому‑то порядку, который сейчас мы можем постигнуть отчасти, а полностью — не в таком уж далеком будущем. Возможно, эта надежда всего лишь мираж; возможно, никакой окончательной теории нет, а даже если и есть, мы можем никогда ее не узнать. Но, несомненно, лучше стремиться к полному пониманию, чем отчаяться в человеческом разуме.

 

Стивен Хокинг 31 марта 1993 г.

 

1. Детство[1]

 

Я родился 8 января 1942 года, ровно через триста лет после смерти Галилея. Однако, по моим оценкам, в этот день родилось еще двести тысяч детей. Не знаю, заинтересовался ли астрономией кто‑либо из них. Я появился на свет в Оксфорде, хотя мои родители жили в Лондоне. Так вышло потому, что во время Второй мировой войны Оксфорд был хорошим местом для рождения: немцы согласились не бомбить Оксфорд и Кембридж при условии, что англичане не будут бомбить Гейдельберг и Гёттинген. Жаль, что такое цивилизованное соглашение не распространялось на другие города.

Мой отец был родом из Йоркшира. Его дед, мой прадед, был зажиточным фермером. Он купил слишком много ферм и обанкротился во время депрессии в сельском хозяйстве в начале XX века. Это поставило родителей моего отца в очень затруднительное положение, но им все же удалось послать сына в Оксфорд изучать медицину. Позже он занялся исследованиями в области тропических болезней и в 1937 году уехал в Восточную Африку, а когда началась война, совершил поездку через весь континент, чтобы на корабле вернуться в Англию и пойти добровольцем в армию. Однако отцу сказали, что большую ценность он представляет, занимаясь медицинскими исследованиями.

Моя мать родилась в Глазго, в семье врача, где была вторым ребенком из семи. Когда ей было двенадцать лет, они переехали на юг, в Девон. Как и семья моего отца, семья матери не очень преуспевала. Тем не менее родители смогли послать дочь в Оксфорд.

По окончании Оксфорда она сменила много разных мест работы, в том числе была налоговым инспектором, что ей очень не нравилось. Эту должность она оставила, чтобы стать секретаршей, и в таком качестве в первые ходы войны встретила моего отца.

Мы жили в Хайгейте, на севере Лондона. Моя сестра Мэри родилась через восемнадцать месяцев после меня. Говорят, я не приветствовал ее появление. Все детские годы между нами были определенные трения, подпитываемые незначительной разницей в возрасте. Однако во взрослой жизни эти трения исчезли, поскольку каждый из нас пошел своим путем. Мэри стала врачом, чем порадовала отца. А младшая сестренка Филиппа родилась, когда мне было около пяти лет и я уже понимал происходящее. Помню, что я с радостью ожидал ее появления, чтобы можно было играть втроем. Филиппа была очень впечатлительным и восприимчивым ребенком. Я всегда с уважением относился к ее суждениям и мнениям. Мой брат Эдвард появился много позже, когда мне было четырнадцать, поэтому он не вошел в мои детские воспоминания. Эдвард сильно отличался от нас троих: в нем не было ни капли академичности, и он не был интеллектуалом. Возможно, это оказалось и к лучшему. Эдвард был довольно трудным ребенком, что не помешало ему стать всеобщим любимцем.

Мои самые ранние воспоминания — как я остался в яслях Байрон‑Хауза в Хайгейте и оглушительно ревел. Мне казалось, что все дети вокруг играют в какие‑то чудесные игрушки. Я тоже хотел поиграть с ними, но мне было всего полтора года и меня впервые оставили с незнакомыми людьми. Думаю, родители слегка удивились моей реакции, потому что я был их первым ребенком и они следовали книжкам по воспитанию детей, а там было написано, что детям следует начинать социальное общение в два года. Но после того жуткого утра меня забрали и еще полтора года не отдавали в Байрон‑Хауз.

Тогда, во время войны и сразу после нее, Хайгейт был районом, где жил академический и научный народ. В другой стране их бы назвали интеллектуалами, но англичане не допускают, что и у них есть интеллектуалы. Все эти родители посылали детей в школу Байрон‑Хауз, очень прогрессивную для того времени. Помню жалобы на моих родителей, что они ничему меня не учат. Они не верили в принятый тогда способ вдалбливания знаний, а старались научить читать исподволь, чтобы ты и не понимал, что тебя чему‑то учат. В конце концов читать я все же научился, но только в довольно зрелом, восьмилетнем возрасте. Мою сестру учили более традиционными методами, и она умела читать уже к четырем годам. Впрочем, она была определенно способнее меня.

Мы жили в высоком и узком доме викторианской эпохи, который мои родители купили по дешевке во время войны, когда все думали, что бомбежки сровняют Лондон с землей. И в самом деле, в несколько домов по соседству попали ракеты «Фау‑2». В это время меня с матерью и сестрой не было, но отец находился дома. К счастью, он не пострадал, и дом тоже серьезно не повредило. Но еще несколько лет неподалеку оставались развалины, где мы часто играли с моим другом Говардом, жившим через дом от нас, чуть подальше от этих развалин. Говард стал для меня открытием, потому что его родители не были интеллектуалами, в отличие от родителей всех остальных моих знакомых детей. Он ходил в муниципальную школу, а не в Байрон‑Хауз и разбирался в футболе и боксе — видах спорта, интересоваться которыми моим родителям и в голову не могло прийти.

Другое раннее воспоминание — игрушечная железная дорога. Игрушки во время войны не выпускались — по крайней мере, для продажи в частные руки. Но игрушечные поезда были моей страстью. Отец попробовал сделать мне деревянный поезд, но меня это не удовлетворило, потому что хотелось что‑то работающее. Тогда отец купил подержанный заводной поезд, при помощи паяльника починил его и подарил мне, трехлетнему карапузу, на Рождество. Тот поезд не очень‑то хороню работал. Но сразу после войны отец съездил в Америку и, вернувшись на «Куин Мэри», привез матери несколько нейлоновых вещей, в то время недоступных в Великобритании, сестре Мэри — куклу, которая закрывала глаза, когда ее укладывали, а мне — американскую игрушечную железную дорогу с рельсами в виде восьмерки.

У паровозика был даже отбрасыватель — железная решетка спереди. До сих пор помню свой восторг, когда я открыл коробку.

Заводные поезда были прекрасны, но чего мне действительно не хватало — так это электрической железной дороги. В конце концов, потихоньку от родителей, я взял из Почтового банка весь свой скромный капитал, накопленный из сумм, подаренных мне по особым случаям вроде крестин, и потратил эти деньги на электрическую железную дорогу. Однако, к моему большому разочарованию, работала она не слишком хорошо. Теперь, когда мы знаем о правах потребителя, я бы вернул покупку обратно и потребовал от магазина или от производителя замены, но в те годы считалось удачей купить хоть что‑то, а если попался брак — что ж: значит, вам не повезло. Поэтому я заплатил еще и за починку электромотора в паровозике, но он так и не заработал как следует.

Позже, уже на втором десятке лет, я делал модели аэропланов и кораблей. Особым мастерством я никогда не отличался, но мне помогал мой школьный товарищ Джон Мак‑Кленан, более умелый, к тому же у его отца в доме была мастерская. Я всегда стремился делать работающие модели, которыми можно было бы управлять, а их внешний вид меня не заботил. Думаю, это и привело меня вместе с другим моим школьным товарищем, Роджером Фернихоком, к изобретению целого ряда очень сложных игр. Например, у нас была такая «промышленная» игра: заводы производили разноцветные детали, для перевозки которых прокладывались шоссе и железные дороги, и к тому же была еще фондовая биржа. А еще игра в войну, в которую играли на доске с четырьмя тысячами клеток, и «феодальная» игра, где каждый игрок представлял целую династию с генеалогическим древом. Думаю, эти игры, так же как железные дороги, корабли и аэропланы, рождались из моего стремления понять, как что работает и как этим управлять. Когда я начал свою диссертацию, это стремление помогло мне в исследованиях в области космологии. Если понимаешь, как устроена Вселенная, то некоторым образом можешь ею управлять.

В 1950 году учреждение, где работал мой отец, переехало из Хэмпстеда, неподалеку от Хайгейта, в заново построенный Национальный институт медицинских исследований в Милл‑Хилле, на северной окраине Лондона. Чем ездить туда из Хайгейта, казалось разумнее переехать из Лондона за город. Поэтому мои родители купили дом неподалеку от собора в Сент‑Олбансе — городке милях в десяти к северу от Милл‑Хилла и в двадцати милях от самого Лондона. Это был просторный дом викторианской эпохи, довольно изящный и оригинальный. У родителей тогда не было лишних денег, и им пришлось над ним немало потрудиться, прежде чем мы смогли туда переехать. Позже мой отец, как потомственный йоркширец, отказался платить за дальнейший ремонт, а лишь старался поддерживать здание таким, как есть, и иногда подкрашивать. Дом был велик, а отец не отличался большим умением в подобных работах, однако здание было построено прочно и выдержало такое небрежное отношение. Родители продали его в 1985 году, когда отец серьезно заболел (он умер в 1986‑м). Недавно я видел этот дом. Похоже, никто его больше не ремонтировал, но внешне он почти не изменился.

Дом был рассчитан на семью с прислугой, и на панели рядом с кухней можно было увидеть, из какой комнаты позвонили. Конечно, прислуги у нас не было, но моя первая спальня располагалась в комнате, по форме напоминавшей букву «Г». Наверное, в ней раньше жили горничные. Я поделился своим предположением с двоюродной сестрой Сарой, которая была чуть старше меня и которую я обожал. Она сказала, что нам будет здорово на новом месте. Одним из преимуществ той комнаты была возможность вылезать через окно на крышу сарая, где держали велосипеды, а оттуда спрыгивать на землю.

Сара была дочерью Джанет, старшей сестры моей матери. Джанет выучилась на врача и вышла замуж за психоаналитика. Они жили в похожем доме в Харпендене — деревне в пяти милях к северу. Отчасти потому мы и поселились в Сент‑Олбансе. Я был рад оказаться рядом с Сарой и часто ездил на автобусе в Харпенден. Сам Сент‑Олбанс располагался неподалеку от развалин древнеримского города Веруламиум, который когда‑то являлся самым значительным после Лондона римским поселением в Британии. В Средние века там находился самый богатый в Британии монастырь. Его построили на месте Сент‑Олбансских мощей — гробницы римского центуриона, который, по преданию, был первым человеком в Британии, казненным за христианскую веру. Все, что осталось от того аббатства, — огромная и довольно безобразная церковь да старые пристройки к монастырским воротам, где теперь располагается часть сент‑олбансской школы, в которую я позже ходил.

Сент‑Олбанс был довольно дремучим и консервативным местом по сравнению с Хайгейтом и Харпенденом. Мои родители ни с кем там не подружились — отчасти по собственной вине, поскольку от природы были нелюдимы, особенно отец, — но свою роль сыграло и то, что Сент‑Олбанс населяли люди совсем другого сорта: никого из родителей моих школьных друзей нельзя было назвать интеллектуалами.

В Хайгейте наша семья казалась вполне нормальной, но в Сент‑Олбансе, думаю, нас определенно считали чудаками. Этому способствовало и поведение моего отца, который совершенно не заботился о внешности, если это позволяло сэкономить деньги.

В молодости он жил в очень бедной семье, что оставило свой отпечаток. Отец терпеть не мог тратить деньги на собственный комфорт даже потом, когда мог себе это позволить. Он отказывался установить центральное отопление, хотя страшно мерз, а вместо этого надевал несколько свитеров и поверх них халат. Тем не менее по отношению к другим он был очень щедр.

В пятидесятые годы ему казалось, что мы не можем позволить себе новый автомобиль, и потому он купил довоенное лондонское такси; вместе с отцом мы собрали металлический гараж. Соседи негодовали, но ничего не могли поделать. Как большинство мальчишек, я чувствовал потребность быть как все и стеснялся родителей. Но никогда не досаждал им.

Когда мы впервые приехали в Сент‑Олбанс, меня отдали в школу для девочек, куда, несмотря на ее название, принимали мальчиков до десяти лет. Прошел семестр, и отец отправился в одну из своих ежегодных поездок в Африку, в этот раз на более продолжительное время, почти на четыре месяца. Чтобы не чувствовать себя брошенной, мать взяла нас с сестрами к своей школьной подруге Берил, вышедшей замуж за поэта Роберта Грейвса. Они жили в деревне Дея на испанском острове Майорка. После войны прошло всего пять лет, и испанский диктатор Франсиско Франко, бывший союзник Гитлера и Муссолини, еще был у власти. (Вообще‑то он оставался у власти еще двадцать лет.) Тем не менее моя мать, до войны состоявшая в Лиге молодых коммунистов, с тремя детьми отправилась поездом и пароходом на Майорку. В Дее мы сняли дом и прекрасно проводили там время. Меня с сестрами отдали на попечение Уильяму, воспитателю сына Роберта. Это был протеже Грейвса, и его больше занимало написание сценариев для Эдинбургского фестиваля, чем наше обучение. Поэтому он каждый день заставлял нас читать какую‑нибудь главу из Библии и писать по ней сочинение. Цель была — преподать нам красоту английского языка. До моего отъезда мы прошли все Бытие и часть Исхода. Из этого обучения я постиг, пожалуй, одно: нельзя начинать предложение с союза «и». Но когда я заметил, что в Библии большинство предложений именно так и начинается, мне сказали, что со времен короля Якова[2]английский язык сильно изменился. В таком случае, возразил я, зачем же нам читать Библию? Но все доводы были напрасны. В то время Роберт Грейвс увлекался символизмом и мистицизмом в Библии.

Когда я вернулся с Майорки, меня на год отдали в другую школу, а потом я прошел так называемый экзамен «одиннадцать‑плюс». Это был тест интеллектуальных способностей для тех, кто хотел получить государственное образование. Теперь этот тест отменен, в основном из‑за того, что множество детей из среднего класса проваливались на нем и их отдавали в неакадемические школы. Но тесты и экзамены я всегда сдавал лучше, чем учился в течение года, так что успешно прошел и этот и получил бесплатное место в местной сент‑олбансской школе.

Когда мне исполнилось тринадцать, отец решил попробовать отдать меня в Вестминстерскую школу, одну из самых привилегированных, то есть частных, школ. В то время образование четко разделялось по классовому принципу. Отец считал, что его неумение вести себя и отсутствие связей не позволили ему взять верх над людьми не такими одаренными, но стоящими на более высокой ступени в обществе. Поскольку мои родители были не очень богаты, мне приходилось бороться за свое образование. Однако экзамены я проболел и потому остался в сент‑олбансской школе, где получил образование не хуже, если не лучше, чем получил бы в Вестминстере. Отсутствие же светскости меня никогда не затрудняло.

Английское образование в то время имело строгую иерархическую структуру. Школы не только разделялись на академические и неакадемические, но и академические делились на потоки А, В и С. Это давало преимущество учащимся потока А над учащимися потока В, а те, кто учился на С, вообще чувствовали себя ущемленными. По результатам экзамена «одиннадцать‑плюс» меня приняли на поток А, но по истечении года всех в классе, кто не вошел в первую двадцатку, перевели на поток В. Это был страшный удар по самолюбию, от которого некоторые так и не оправились. В мои первые два семестра в Сент‑Олбансе я был по успеваемости двадцать четвертым и двадцать третьим, но в третьем семестре оказался восемнадцатым и избежал этой участи.

В классе я всегда был середнячком (это был очень способный класс). Тетради у меня были страшно неаккуратными, а почерк приводил учителей в отчаяние. Но одноклассники прозвали меня Эйнштейном — наверное, чувствовали какие‑то задатки. Когда мне исполнилось двенадцать, один из моих друзей поспорил с другим на мешок конфет, что из меня ничего не выйдет.

Не знаю, разрешился ли когда‑нибудь этот спор и в чью пользу.

У меня было шесть‑семь близких друзей, и с большинством из них я по‑прежнему поддерживаю контакт. Мы часто подолгу спорили на самые разные темы — от радиоуправляемых моделей до религии и от парапсихологии до физики. Одна из тем касалась природы Вселенной и вопроса о том, нужен ли был Бог для ее создания и приведения в движение. Я слышал, что свет от удаленных галактик смещается к красному краю спектра, и это якобы означало; что Вселенная расширяется (а смещение к синему краю свидетельствовало бы о ее сжатии). Но я не сомневался, что для смещения к красному краю существует другая причина. Может быть, свет просто уставал и оттого краснел по пути к нам. Неизменность и вечность основ Вселенной казались гораздо более естественными. Только через пару лет работы над диссертацией я понял свое заблуждение.

В последние два года моей учебы в школе я решил специализироваться в математике и физике. У нас был просто одержимый учитель математики, мистер Тахта, а в школе только что отстроили новый кабинет математики, где мы и размещались. Мой отец был против. Он думал, что математик сможет работать только учителем. А ему очень хотелось, чтобы я занялся медициной. Я же не проявлял к биологии ни малейшего интереса. Она казалась мне слишком описательной и недостаточно фундаментальной. К тому же в школе биология не считалась престижной. Самые способные ребята занимались физикой и математикой, а биологией — менее одаренные. Отец знал, что биолога из меня не выйдет, но заставлял серьезно учить химию, а математику лишь чуть‑чуть. Он считал, что с выбором научных предпочтений не нужно торопиться. Теперь я профессор математики, но так и не получил никакого формального математического образования с тех пор, как в семнадцать лет окончил сент‑олбансскую школу. Все мои математические знания я нахватал между делом. Я частенько курировал кембриджских студентов последнего курса и осваивал лекции всего за неделю до них.

Отец по долгу службы исследовал тропические болезни и часто брал меня с собой в лабораторию в Милл‑Хилле. Мне это нравилось — особенно смотреть в микроскоп. Он часто водил меня в помещение с насекомыми, где держал москитов, инфицированных тропическими болезнями. Там мне всегда было тревожно, так как казалось, что несколько москитов летают на свободе. Отец был очень трудолюбив и предан своим исследованиям, но всегда был готов повздорить, так как ему казалось, что другие, менее подготовленные, но имевшие соответствующее родство и связи, могут обойти его. Он предостерегал меня от таких людей, но я думал, что физика несколько отличается от медицины. Не важно, в какую школу ты ходил или чей ты родственник, — важно, что ты делаешь.

Меня всегда очень интересовало, как что работает, и я часто разбирал всякие механизмы, чтобы посмотреть, как они устроены, но собрать их снова уже не мог. Практические способности у меня всегда отставали от теоретических. Отец поощрял мой интерес к науке и даже натаскивал меня по математике, пока я не превзошел его. Вот с таким багажом, да еще учитывая работу отца, мне казалось естественным заняться научными исследованиями. В детстве я не видел разницы между науками, но в тринадцать‑четырнадцать лет понял, что хочу заниматься физикой, поскольку из всех наук это самая фундаментальная. И это несмотря на то, что в школе физика была самым скучным предметом, поскольку все в ней казалось легким и очевидным. Химия представлялась куда веселее, так как предполагала всякие происшествия, вроде взрывов. Но физика и астрономия давали надежду понять, откуда мы взялись и почему мы здесь. Мне хотелось погрузиться в отдаленные глубины Вселенной. Возможно, до какой‑то степени мне это удалось, но еще так много всего хочется узнать.

Аннотация

Стивен Хокинг

Черные дыры и молодые вселенные

 

OCR Янко Слава http://yanko.lib.ru/

«Черные дыры и молодые вселенные»: Амфора; СПб; 2004

Оригинал: Stephen Hawking, “Black Holes and Baby Universes and Other Essays”

Перевод: М. Кононов

 

Аннотация

Книга представляет собой сборник статей выдающегося физика современности Стивена Хокинга, написанных им в период с 1976 по 1992 год. Это и автобиографические очерки, и размышления автора о философии науки, о происхождении Вселенной и ее дальнейшей судьбе. Эссе написаны ярко и увлекательно, серьезнейшие проблемы науки, отраженные в них, в изложении Хокинга доступны пониманию каждого читателя.

Предыдущая статья:Краткие сведения о DLL. DLL (англ. dynamic-link library — «библиотека динамической компоновки».. Следующая статья:Оксфорд и Кембридж
page speed (0.1295 sec, direct)