Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной

«… в XIX и XX веках наука приобрела слишком технический и математический характер, непонятный для философов и других людей, за исключением небольшого числа специалистов.»

По-хорошему, к книге должен идти справочник или пояснительная бригада. 

Если вы, как и я, не астрофизик, физик или космолог, а чайник — из лекций усвоите крупицы, информацию, сведенную к одну предложению. Я больше принимала на веру, чем вникала в материал.

Тяжело. 

Не буду рекомендовать, но не буду и отговаривать. Согласитесь, «теорию всего» изложить на 157 страницах можно только сжато. 

Наверняка вы сами загуглите информацию, если для вас незнакомое словцо или целая теорема — это не то, что можно оставить без внимания. 

Я, например, нашла интересную статью по теории относительности. По ходу дела, кстати, прочитала еще пару статей,  и бельмо невежды сдало немного назад. 

Но… тяжело. 

Нужно основательно уделять время изучению таких величин, поистине космических. 

Я практически не читаю научпоп, и тема физики мне не близка, поэтому я боялась читать эту книгу и предполагала что она пойдет со скрипом.
Но я была приятно удивлена и увлечена. Да, это все еще сложная книга о физике, но в ней нет формул и незнакомые термины хотя бы в двух словах объясняются автором (хотя можно и загуглить).
Сложность лекций идет по нарастающей, первые лекции читаются легче и дают фундамент для чтения остальных, даже для неподготовленного читателя. Стивен Хокинг проделал очень большую и очень нужную работу. Единственное чего мне немного не хватило - это бытовых примеров и понятных аналогий, они были, но хотелось бы побольше.
В общем не стоит бояться этой книги, и прочитать ее будет полезно даже если вы поймете далеко не все, ученые тоже далеко не все еще поняли.

1.Представления о Вселенной.
Еще Аристотель осознал, что Земля круглая (наблюдая за тенью Земли на Луне при солнечном затмении и за тем, что из-за горизонта сначала появляется парус, а затем - корабль). Правда, в силу убеждений, что Земля - центр мироздания, он считал, что это Солнце и другие планеты движутся вокруг нее по круговым орбитам). В 1514 Коперник анонимно опубликовал свою космологическую теорию, согласно которой в центре располагалось неподвижное Солнце. Почти через 100 лет Кеплер и Галилей развили теорию Коперника, установив, что орбиты не круглые, а эллиптические; досадно, конечно, ведь эллипс не столь совершенная фигура, как круг.)) В 1687 Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения - каждое тело во Вселенной притягивается к любому другому телу с силой, величина которой тем больше, чем массивнее тела и чем ближе они находятся друг к другу. Почему же Вселенная не схлопнется в одной точке, в которую упадут все звезды и небесные тела?! Потому что вселенная бесконечна и расширяющася. Еще один аргумент против стационарности вселенной, кроме упомянутой Ньютоном хрупкости равновесия, высказал Ольберс: мы бы жили в вечном дне (от слова "день") - свет всегда существовавших и стационарных звезд доходил бы до нас постоянно. Наблюдения показывают, что далекие звезды все более удаляются о нас, что подводит к выводу о том, что в далеком прошлом небесные тела находились гораздо ближе друг к другу; складывается впечатление, что 10-20 млрд.лет назад все они находились в одной точке пространства.

2. Расширяющаяся Вселенная.
Млечный путь - наша Галактика. Существует множество галактик, разделенных гигантскими участками пустого пространства. Расстояния между галактиками постоянно растут. В это не мог поверить даже Эйнштейн, он вводил в свои уравнения некую космологическую постоянную - величину, характеризующую некую силу антигравитации, встроенную в ткань пространства-времени. И только российский физик Александр Фридман не искал пути обойти нестационарность Вселенной. Он предложил принять 2 простых допущения: Вселенная выглядит совершенно одинаково во всех направлениях; это условие справедливо для всех ее точек. Первое предположение подтвердилось в 1965 году во время работы над сверхчувствительным приемником микроволнового излучения - колебания фонового шума космического излучения не превышают 1/10 000, что свидетельствует об однородности Вселенной.

3. Черные дыры.
Термин появился в 1969, введен американским ученым Джоном Уиллером.
Обозначает достаточно массивные и плотные звезды, обладающие сильным гравитационным полем, которое удерживает испускаемый ими свет. Увидеть их мы не можем, но способны регистрировать их гравитационное воздействие.
Звезда формируется из огромного количества газа (водорода, в основном), сжимающегося под действием гравитации. По мере сжатия атомы все чаще сталкиваются между собой и приобретают все большую скорость - газ разогревается. В какой-то момент температура настолько возрастают, что атомы водорода не разлетаются, а сливаются в атомы гелия. Тепло, выделяемое при этом, напоминает контролируемый взрыв водородной бомбы и заставляет звезды светиться.Это тепло повышает давление газа до тех пор, пока оно не уравновесит гравитационное притяжение и тогда сжатие газа останавливается. В этом устойчивом состоянии, когда воздействие выделяющегося при ядерной реакции тепла компенсируется гравитацией, звезда может пребывать длительное время. Но рано или поздно она израсходует свой водород и другое ядерное топливо. Лишившись топлива, звезда начинает остывать и сокращаться в размерах. Когда звезда достигнет некоторой плотности, отталкивание оказывается слабее гравитационного притяжения. Холодная звезда, масса которой а 1,5 раза больше нашего Солнца, не способна сопротивляться собственной гравитации (предел Чандрасекара).
Вывод: звезда, масса которой меньше этого предела, может в итоге перестать сжиматься и перейти в возможное финальное состояние белого карлика с радиусом несколько тысяч км.и плотностью порядка сотен тонн на куб.см. Существование белого карлика поддерживается отталкиванием между электронами в его веществе.
Звезду, масса которой выше предела, ожидает коллапс - сжатие до бесконечной плотности, до нулевых размеров. Гравитационное поле звезды отклоняет траектории лучей света в пространстве-времени от тех, которыми они бы были в отсутствие звезды.Световые конусы, которые отображают пути в пространстве и времени световых импульсов, испущенных из вершины, вблизи поверхности звезд слегка изгибаются вовнутрь. По мере сжатия звезды гравитационное поле на ее поверхности становится все болеемощным и увеличивается степень изгиба световых конусов. свету все труднее ускользнуть от звезды. В соответствии с теорией относительности ничто не движется быстрее света. А раз свету не удается ускользнуть, это не дано и ничему иному. Все будет притянуто назад гравитационным полем.Эту область называют черной дырой. А ее границу - горизонтом событий.
"У черной дыры нет волос" - большое количество информации о теле, которое коллапсировало, должно потеряться при образовании черной дыры, поэтому после этого мы сможем измерить лишь два параметра - массу и скорость вращения.

4. Черная дыра - это совокупность событий, из которой невозможно ускользнуть на большое расстояние. Граница черной дыры формируется лучами света, которые начиная с этого момента не могут покинуть черную дыру. Они остаются в ней навечно и мечутся у края.
Площадь ЧД несокращаема.

5. Происхождение Вселенной
Общепринятая теория: модель горячего Большого Взрыва (модель Фридмэна). В момент БВ Вселенная имела нулевые размеры, а значит, была бесконечно горячей. Но по мере расширения температура ее излучения уменьшалась. Через секунду после БВ она упала до 10 млрд.градусов (соответствует взрыву водородной бомбы).Через 100 секунд температура упала до 1 млрд.градусов (температура внутри горячих звезд), протоны и нейтроны начинают объединяться, формируя ядра атомов дейтерия, гелия, лития, бериллия. Через несколько часов формирование ядер элементов прекратилось. А затем на протяжении миллиона лет вселенная должна была лишь продолжать расширяться без каких-либо особенных событий. Когда температура упала до нескольких тысяч градусов, электроны и ядра начали объединяться в атомы. Вселенная расширялась и остывала. В областях с плотностью немного выше средней расширение замедлялось повышенным гравитационным притяжением. Это должно было в некоторых областях остановить расширение и вызвать сжатие. По мере сжатия гравитационная тяга материи за пределами этих областей могла привести к тому, что они начали медленно вращаться. Так возникли вращающиеся дисковидные галактики. Но почему Вселенная была такой горячей? Почему она столь однородна? Почему в самом начале скорость расширения Вселенной была столь близка к критической, что едва позволяла избежать немедленного обратного сжатия? Если бы через секунду после БВ эта скорость была меньше всего на миллиардную часть от миллионной доли, Вселенная тут же пережила бы коллапс, не достигнув наблюдаемых ныне размеров.С другой стороны,будь скорость расширения в ту секунду на столь же ничтожную долю больше требуемой, Вселенная расширилась бы настолько, что сейчас была бы почти пустой. Из-за чего возникли различия в плотности материи, благодаря которым возникли звезды и галлактики? Почему Вселенная зародилась именно так, трудно объяснить чем-то иным, кроме воли Бога, который намеревался сотворить существ, подобных нам.
Существует Инфляционная модель Гута. В его модели новорожденная Вселенная могла пережить период очень быстрого (инфляционного) расширения, размер вселенной увеличился за долю секунды в миллион миллионов миллионов миллионов миллионов раз.
Теория квантовой гравитации. Нет полноценной теории, объединяющей квантовую механику и гравитацию, но некоторые особенности сформулированы. Прежде всего, должно быть учтено предложение Фейнмана о формулировании квантовой теории на основе сумм по траекториям (историям частиц). При таком подходе частица, перемещающаяся из точки А в точку В, имеет не одну историю, как в классической теории; предполагается, что она следует каждым из возможных путей в пространстве-времени. Каждой такой истории соответствует пара чисел - характеризует размер волны и положение в цикле (фазу). Вероятность того, что частица минует некоторые особые точки, определяется путем сложения волн, связанных с каждой возможной историей, которая проходит через эту точку. Ноь нужно складывать волны для историй частиц, которые происходят не в реальном времени, а в мнимом. И здесь различие между пространством и временем стирается.
В классической теории тяготения Вселенная или существовала вечно, или берет начало в сингулярности в некоторый момент прошлого. Квантовая теория гравитации дает третью возможность: пространство-время может быть конечным по протяженности, но при этом не иметь сингулярностей, которые формируют границу или край. Пространство-время будет подобно поверхности Земли, но с двумя дополнительными измерениями. Вселенная должна быть замкнутой, ее нельзя ни создать, ни уничтожить, она должна просто существовать.

6. Стрелы времени.
Термодинамическая - энтропия (беспорядок) со временем возрастают, психологическая - как мы воспринимаем время, мы помним прошлое, а не будущее; космологическая - вселенная расширяется, а не сжимается.

7. Теория всего.
Поиски такой теории получили название "Объединения физики".Принцип неопределенности является, похоже, фундаментальной особенностью Вселенной. Но общая теория относительности не предполагает существование каких-либо дополнительных частиц. Из-за этой проблемы мнение склонилось в пользу теорий струн. Основным объектом теории выступают не частицы, занимающие единичную точку в пространстве, а протяженные образования, которые обладают только длиной, но никакими другими измерениями и напоминают петли из бесконечно тонких струн. В каждый момент времени частица занимает определенную точку пространства, так что ее история может быть представлена линией в пространстве-времени, которую называют "мировой линией". Между тем струна в каждый момент времени занимает в пространстве линию. Так что ее история в пространстве-времени представляет собой двухмерную поверхность, которую называют "мировым листом". Любая точка на мировом листе может быть описана двумя числами, одно из которых характеризует время, а второе - положение точки на струне.Мировой лист струны имеет вид цилиндра или трубки. Круговое сечение трубки отображает положение струны в определенный момент времени. Две струны могут объединяться в одну. Одну струну можно разделить на две. В теории струн то, что раньше считалось частицами, представляется волнами, распространяющимися вдоль струны. Испускание частиц и их поглощение соответствуют разделению и соединению струн. Однако теории струн совместимы только с пространством-временем, которое имеет 10 или 26 измерений, а не 4.

Очередная книга Хокинга в которой он в очередной раз повторяет уже известное из предыдущих его книг об устройстве Вселенной, о черных дырах и о проблеме общей теории гравитации, но на сей раз более понятным языком. От книги не клонит в слон, как от других, она ясна и понятна, и это ее самый главный плюс. Больше всего она похожа на самую понравившуюся мне его книгу Кратчайшая история времени , которую я рекомендую к прочтению, как более понятную, чем "Краткую историю". И вот теперь "Теория всего" тоже идет в список "можно читать" книг Хокинга, и которая меня не разочаровала своей сумбурностью, какими-то лишними вещами, как в некоторых других, или сложностью. При этом в ней уже появились новые вещи, которых не было в предыдущих, например объяснение, зачем физикам потребовалось создавать теорию виртуальной вселенной при помощи мнимого времени - именно эта теория с жаром расписывалась математическими формулами в Природе пространства и времени практически без объяснения зачем вообще нам нужна эта теория, и может вначале следовало прочесть "Теорию всего", а уже потом "Природу пространства-времени", которая может быть стала бы чуточку понятнее.
Именно эту книгу будет проще всего перечитывать для освежения знаний о космосе, черных дырах и Большом Взрыве.

Дисклеймер: в жизни автора физика осталась в далёком восьмом классе, а потом не было такого предмета до самого окончания школы, потому все мои познания появились исключительно благодаря интересу к научпопу.

О Стивене Хокинге, мне кажется, слышали все. Даже те, кто не интересуется физикой, научной литературой и документальными фильмами, могли видеть художественный фильм о жизни учёного с Эдди Редмейном. В общем, Хокинг очень многое сделал для науки и для популяризации науки.

Не знаю, что, кроме Озона, побудило меня купить его книгу "Теория всего". Я читала тезисы последней книги Хокинга, они меня не испугали, потому понадеялась, что смогу осмыслить написанное без специальных знаний (да и вообще без каких-либо серьёзных знаний). Так в целом и получилось — плавать я начала в середине книги, т.е. в главе о не очень чёрных дырах, различные модели происхождения Вселенной шли легче, а к теории струн я окончательно расслабилась, так как читала об этом не раз.

Итак, ТЕОРИЯ ВСЕГО — что это такое и зачем она нужна. На сфотографированных цитатах ответ Хокинга: со времён Ньютона разрыв между наукой и обществом достиг катастрофических размеров, философы выпали из струи, даже учёные в большинстве специализируются на какой-то узкой области и мало знают о других. После создания теория всего получила бы понятное массам изложение, а значит, стала бы широко известна.

Поэтому учёные стремятся создать универсальную теорию, которая свяжет общую теорию относительности, частную теорию гравитации, а также частные теории сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий. Если проще — Эйнштейн не предполагал неопределённости в своей теории, а все остальные теории основаны на этом принципе (и да, шутка о паре носков и квантовой механике — не шутка). Я боюсь вас запутать, так что СПОЙЛЕР: теории всего пока не существует, но Хокинг надеется, что человечество к концу столетия её создаст, если раньше себя не уничтожит.

Хокинг описывает эволюцию взглядов на Вселенную, потом — различные теории её происхождения, вполне закономерно, но деликатно не раз затрагивает тему существования бога как создателя этой самой Вселенной — доподлинно человечество знать не может, однако пытливые умы на "так задумано свыше" не успокаиваются.

Думаю, кто интересуется темой, в этой книге увидит много знакомого, но в упорядоченной форме и с очень наглядными и остроумными примерами (штаны в теории струн и пазл для объяснения энтропии — просто прекрасно). Кто никогда не интересовался — не уверена, поскольку даже без формул и теоретических выкладок информация всё равно воспринимается нелегко. И в середине книги я делала перерыв, чтобы переварить то, что мне неизвестно (а также связать разрозненные кусочки своих скудных знаний).

Что хочу отметить — вероятно, потому, что книга была написана больше двадцати лет назад, в ней не упомянуты такие насущные темы, как, например, тёмная материя и тёмная энергия, то у меня возникло желание почитать о них ещё. Но желательно в стиле Хокинга.

P.S. Жалко, что у меня издание без цветных иллюстраций, но при покупке я не знала, что книга с иллюстрациями.

Во-первых, мне кажется, что все вот эти книги - очень важная вещь. И "Краткая история времени", и "Теория всего", пусть и повторяющая краткую историю, и "Элегантная вселенная" Брайана Грина - это то, что я готова читать и перечитывать. И если меня спросить, какие книги обязан прочитать каждый человек, то вот. Не надо читать "Войну и мир", читайте научпоп. Просто потому, что я хочу жить среди тех, кому интересна Вселенная, а не интриги, дуэли и вздохи по личной жизни. И было бы круто, если бы вот так физика преподавалась в школах, потому что, в отличие от учебников, эти лекции восхищают.
Во-вторых, не часто, едва дочитав, идешь перечитывать. С одной стороны - потому что местами далеко не все поняла и осознала. С другой - потому что почему бы и нет. Если бы у меня были такие лекции по физике, я бы пошла физиком-теоретиком. Даже зная, насколько в России это не особо-то оценивается в денежном эквиваленте.
В-третьих, это звучит как лучшая цель в жизни - собрать из всех возможных теорий одну единую и прекрасную. Ту, что опишет всю Вселенную одним красивым уравнением. Если жить не для этого, то ради чего?

Книга безусловно покорит молодых (хотя бы в душе) читателей, интересующихся тайнами Вселенной, ещё не знакомых с научно-популярными публикациями Стивена Хокинга. Очень кратко, без лишних деталей, простым общепонятным языком, с яркими образными примерами автор описывает современную научную картину мира (и историю её создания), а также знакомит «широкий круг читателей» с её основными глобальными открытыми вопросами. Однако должен предостеречь читателей, уже знакомых с книгами автора. Материал этого сборника лекций практически полностью повторяет (в сокращённом виде и без иллюстраций) содержание самой известной книги автора Краткая история времени . Для тех (миллионов), кто уже читал последнюю, эта книга может быть полезна разве что в качестве краткого напоминания о ранее прочитанном.

«Моя цель очень проста. Я хочу понимать вселенную, почему она устроена так, как устроена, и зачем мы здесь»

Кто бы мог подумать-он бы мог умереть в молодости и мир не увидел бы его книг и открытий. Наверное Бог не мог дать свершиться столь вопиющей несправедливости и вопреки всему Стивен прожил долгую и потрясающую.жизнь.Так,о.чем это я? А,книга!
"Теория всего"- не открыла мне ничего нового, в ней в виде лекций кратко рассказывается содержание его предыдущих книг-бестселлеров.Тем не менее было приятно вновь встретиться с фирменным юмором Хокинга.Особенно мне у него нравиться то,что он рассказывает просто о сложном не загружая читателя.
Хотя именно эта книга далась моему пониманию сложнее всего, потому что автор уже не так подробно расписывает многие законы,события и явления,как в остальных книгах.Ну это понятно-это же курс лекций, так сказать обобщение и повторение всего материала научных изысканий современной физики и астрофизики.
Я бы посоветовала тем читателям,которые не знакомы с творчеством Хокинга не начинать с этой книги, а обратиться к более ранним его работам