ПРИЛОЖЕНИЕ

Выдающийся британский физик Стивен Хоукинг родился в 1942 году (любопытно, что он родился ровно через 300 лет после смерти Галилея). В начале 60-х годов, когда он уже оканчивал университет в Оксфорде, у него появились первые признаки грозной болезни – бокового амиотрофического склероза. В 1965 году он женился на студентке-филологе Джейн Уайлд. У них есть дочь и два сына.

В тридцать лет он уже не мог ходить и был прикован к инвалидному креслу. В 1985 году Стивен Хоукинг перенес воспаление легких, ему сделали серию операций и удалили трахею. В результате он потерял дар речи.

Стивен Хоукинг хорошо слышит, но общается с миром с помощью специального компьютера, синтезирующего человеческую речь. Некоторую подвижность сохранил лишь указательный палец на правой руке. С его помощью физик управляет компьютером.

Он доселе работает в отделе прикладной математики и теоретической физики Кембриджского университета и занимается исследованием движения Вселенной. В начале 70-х годов Хоукинг приступил к анализу явлений, сопутствовавших рождению мира. Он изучал черные дыры, отметив, что в обычном процессе эволюции звезд практически невозможно рождение черных дыр с массами, меньшими трех солнечных. Звезды с меньшей массой превращаются в белых карликов или в нейтронные звезды. Основная причина этого – то, что рождение черной дыры обусловлено действием гравитации.

Действие всех остальных сил преодолевается только в том случае, если масса угасающей звезды превышает три солнечных. А вот если бы удалось тело малой массы сжать до очень малого размера, то появилась бы очень маленькая черная дыра.

Стивен Хоукинг рассчитал, что если на раннем этапе существования нашей Вселенной процессы в ней были такими мощными, что смогли привести к изотропии фонового излучения (фоновое излучение одинаковой интенсивности радиоастрономы получают все время со всех участков неба), то этой энергии оказалось бы достаточно, чтобы сжать множество крошечных черных дыр.

Стивен Хоукинг предположил, что могут существовать первичные черные дыры, обладающие массами, даже меньшими солнечных. Хоукинг рассчитал, что непосредственно после Большого Взрыва могли образоваться черные дыры массами около 0,000001 грамма, которые сейчас продолжают существовать в разных точках Вселенной.

Стивен Хоукинг определил, что свойства первичных черных дыр должны сильно отличаться от свойств обычных (поскольку вокруг них практически не существует гравитационного поля).

В настоящее время Хоукинг считается наиболее видным физиком-теоретиком современности.

До начала нынешнего века люди верили в абсолютное время. Это значит, что каждое событие можно единственным образом пометить неким числом, которое называется временем, и все точно идущие часы будут показывать одинаковый интервал времени между двумя событиями. Но открытие, что скорость света одна и та же для любого наблюдателя независимо от того, как он движется, привело к созданию теории относительности, которая отвергла существование единого абсолютного времени. Каждый наблюдатель имеет свое время, которое он измеряет своими часами, и показания часов разных наблюдателей не обязаны совпадать. Время стало более субъективным понятием, связанным с наблюдателем, который его измеряет.

Попытки объединить гравитацию с квантовой механикой привели к понятию мнимого времени. Мнимое время ничем не отличается от направлений в пространстве. Идя на север, можно повернуть назад и пойти на юг. Аналогично если кто-то идет вперед в мнимом времени, то он может повернуть и пойти назад. Это означает, что между противоположными направлениями мнимого времени нет существенной разницы. Но когда мы имеем дело с реальным временем, то мы знаем, что существует огромное различие между движением во времени вперед и назад. Откуда же берется такая разница между прошлым и будущим? Почему мы помним прошлое, но не помним будущего?

Законы науки не отличают прошлого от будущего. Точнее говоря, законы науки не меняются в результате выполнения операций (или симметрии), обозначаемых буквами С, Р и Т (С – замена частицы античастицей, Р – зеркальное отражение, когда левое и правое меняются местами, а Т – изменение направления движения всех частиц на обратное).

Законы физики, управляющие поведением материи во всех обычных ситуациях, не изменяются и после выполнения только двух операций, С и Р. Другими словами, жизнь будет одинакова и для нас, и для обитателей другой планеты, если они, во-первых, являются нашим зеркальным отражением и, во-вторых, состоят из антиматерии, а не из материи. Если законы науки не изменяет комбинация операций С и Р, а также тройная комбинация С, Р и Т, то эти законы не должны изменяться и при выполнении одной операции Т. Однако в обычной жизни существует огромное различие между движением вперед и назад во времени. Представьте себе, что со стола падает и разбивается на куски чашка с водой. Если снять это падение на пленку, то при просмотре фильма сразу станет ясно, вперед или назад прокручивается пленка. Если она прокручивается назад, то мы увидим, как лежащие на полу осколки вдруг собираются вместе и, сложившись в целую чашку впрыгивают на стол. Вы можете утверждать, что фильм прокручивается назад, потому что в обычной жизни такого не бывает. Иначе пришлось бы закрыть фаянсовые заводы.

Чтобы объяснить, почему разбитые чашки никогда не возвращаются целыми обратно на стол, обычно ссылаются на то, что это противоречило бы второму закону термодинамики. Он гласит, что в любой замкнутой системе беспорядок, или энтропия, всегда возрастает со временем. Другими словами, это похоже на закон Мерфи: все в нашем мире происходит не так, как надо. Целая чашка на столе – это состояние высокого порядка, а разбитая, лежащая на полу находится в состоянии беспорядка. Нетрудно пройти путь от целой чашки на столе в прошлом до разбитой на полу, но обратный ход событий невозможен.

Увеличение беспорядка, или энтропии, с течением времени – это одно из определений так называемой стрелы времени, т. е. возможности отличить прошлое от будущего, определить направление времени. Можно говорить по крайней мере о трех различных стрелах времени. Во-первых, стрела термодинамическая, указывающая направление времени, в котором возрастает беспорядок, или энтропия. Во-вторых, стрела психологическая. Это направление, в котором мы ощущаем ход времени, направление, при котором мы помним прошлое, но не будущее. И в-третьих, стрела космологическая. Это направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается.

Исходя из условия отсутствия границ у Вселенной и из слабого антропного принципа, можно объяснить, почему все три стрелы времени направлены одинаково и, более того, почему вообще должна существовать определенная стрела времени. Можно доказать, что психологическая стрела определяется термодинамической и обе эти стрелы всегда направлены одинаково. Предположив, что для Вселенной справедливо условие отсутствия границ, мы увидим, что должны существовать хорошо определенные термодинамическая и космологическая стрелы времени, хотя они не обязаны быть одинаково направленными на протяжении всей истории Вселенной. Но, как будет показано, лишь в том случае, когда направления этих стрел совпадают, могут возникнуть условия для развития разумных существ, способных задать такой вопрос: почему беспорядок увеличивается в том же направления по времени, в котором расширяется Вселенная?

Сначала рассмотрим термодинамическую стрелу времени. Второй закон термодинамики вытекает из того, что состояний беспорядка всегда гораздо больше, чем состояний порядка. Возьмем, например, картинку на детских кубиках. Имеется только одно взаимное расположение кубиков, при котором составляется нужная картинка. В то же время есть очень много разных беспорядочных расположений, когда картинка не составляется вообще.