جهان به طور خلاصه دانلود تورنت. استیون هاوکینگ "جهان به طور خلاصه"

انتظار نداشتم کتاب غیرداستانی ام، «تاریخ مختصر زمان» تا این حد موفق باشد. این کتاب بیش از چهار سال در فهرست پرفروش‌ترین‌های ساندی تایمز لندن باقی ماند - طولانی‌تر از هر کتاب دیگری، که مخصوصاً برای انتشاراتی در مورد علم شگفت‌انگیز است، زیرا معمولاً خیلی سریع فروخته نمی‌شوند. سپس مردم شروع به پرسیدن این سوال کردند که چه زمانی باید منتظر یک دنباله بود. اکراه داشتم، نمی خواستم چیزی مثل «ادامه یک داستان کوتاه» یا «کمی بیشتر تاریخ زمان» بنویسم. من هم مشغول تحقیق بودم. اما به تدریج مشخص شد که می توان کتاب دیگری نوشت که امکان درک آن آسان تر بود. "تاریخ مختصر زمان" بر اساس یک الگوی خطی ساختار یافته بود: در بیشتر موارد، هر فصل بعدی به طور منطقی با فصل های قبلی مرتبط است. برخی از خوانندگان آن را دوست داشتند، اما برخی دیگر در فصل های اولیه گیر کردند و هرگز به موضوعات جالب تر نرسیدند. این کتاب ساختار متفاوتی دارد - بیشتر شبیه یک درخت است: فصل های 1 و 2 یک تنه را تشکیل می دهند که شاخه های فصل های باقی مانده از آن گسترش می یابد.

این "شاخه ها" تا حد زیادی مستقل از یکدیگر هستند و با به دست آوردن ایده ای از "تنه" ، خواننده می تواند به هر ترتیبی با آنها آشنا شود. آنها به حوزه‌هایی مربوط می‌شوند که از زمان انتشار کتاب «تاریخ مختصر زمان» در آن‌ها کار کرده‌ام یا به آن فکر کرده‌ام. یعنی آنها منعکس کننده فعال ترین زمینه های در حال توسعه تحقیقات مدرن هستند. در هر فصل نیز سعی کرده ام از ساختار خطی فاصله بگیرم. تصاویر و زیرنویس‌ها خواننده را در مسیری جایگزین هدایت می‌کنند، همانطور که در تاریخچه مختصر زمان مصور، منتشر شده در سال 1996. میله‌های کناری و یادداشت‌های حاشیه‌ای اجازه می‌دهند تا به برخی موضوعات با عمق بیشتری نسبت به آنچه در متن اصلی ممکن است پرداخته شود.

در سال 1988، زمانی که تاریخچه مختصر زمان برای اولین بار منتشر شد، تصور این بود که نظریه نهایی همه چیز به سختی در افق ظاهر می شود. وضعیت از آن زمان تا کنون چگونه تغییر کرده است؟ آیا به هدفمان نزدیکتر شده ایم؟ همانطور که در این کتاب خواهید آموخت، پیشرفت چشمگیر بوده است. اما این سفر همچنان ادامه دارد و پایانی در پیش نیست. همانطور که می گویند بهتر است مسیر را با امید ادامه دهیم تا اینکه به هدف برسید. جستجوها و اکتشافات ما به خلاقیت در همه زمینه ها دامن می زند، نه فقط در علم. اگر به انتهای راه برسیم، روح انسان پژمرده می شود و می میرد. اما فکر نمی‌کنم هرگز متوقف نشویم: اگر نه در عمق، به سمت پیچیدگی حرکت خواهیم کرد و همیشه در مرکز افق در حال گسترش احتمالات باقی می‌مانیم.

در حین کار روی این کتاب یاران زیادی داشتم. من به ویژه می خواهم از توماس هرتوگ و نیل شیرر به خاطر کمکشان در مورد شکل ها، شرح ها و ستون های فرعی، آن هریس و کیتی فرگوسن که نسخه خطی (یا دقیق تر فایل های کامپیوتری را ویرایش کرده اند، زیرا همه چیزهایی که من می نویسم به صورت الکترونیکی ظاهر می شود) قدردانی کنم، فیلیپ دان. از آزمایشگاه کتاب و طراحی ماهرانر، که تصاویر را خلق کرده است. اما همچنین، می‌خواهم از همه کسانی که به من این فرصت را دادند تا یک زندگی عادی داشته باشم و در تحقیقات علمی شرکت کنم، تشکر کنم. بدون آنها این کتاب نوشته نمی شد.

تاریخچه مختصر نسبیت

چگونه اینشتین پایه ها را بنا نهاد

دو نظریه بنیادی قرن بیستم:

نسبیت عام و مکانیک کوانتومی

آلبرت انیشتین، خالق نظریه‌های نسبیت خاص و عام، در سال 1879 در شهر اولم آلمان به دنیا آمد، خانواده بعداً به مونیخ نقل مکان کردند، جایی که پدر دانشمند آینده، هرمان، و عمویش، یعقوب، یک شرکت کوچک و نه چندان موفق مهندسی برق. آلبرت یک کودک اعجوبه نبود، اما ادعای شکست او در مدرسه اغراق آمیز به نظر می رسد. در سال 1894، تجارت پدرش شکست خورد و خانواده به میلان نقل مکان کردند. پدر و مادرش تصمیم گرفتند تا آلبرت را تا پایان مدرسه در آلمان ترک کنند، اما او نتوانست استبداد آلمان را تحمل کند و پس از چند ماه مدرسه را رها کرد و برای پیوستن به خانواده به ایتالیا رفت. او بعداً تحصیلات خود را در زوریخ به پایان رساند و در سال 1900 از پلی تکنیک معتبر دیپلم گرفت. E idgenössische تی echnische اچ ochschule - مدرسه عالی فنی). تمایل انیشتین به مشاجره و بیزاری از مافوقش، او را از برقراری روابط با اساتید ETH باز داشت، بنابراین هیچ یک از آنها موقعیت دستیار را به او پیشنهاد نکردند، که معمولاً کار آکادمیک او را آغاز می کرد. تنها دو سال بعد، مرد جوان سرانجام توانست به عنوان یک منشی جوان در اداره ثبت اختراع سوئیس در برن شغلی پیدا کند. در این دوره، در سال 1905، او سه مقاله نوشت که نه تنها اینشتین را به یکی از دانشمندان برجسته جهان تبدیل کرد، بلکه سرآغاز دو انقلاب علمی بود - انقلاب هایی که ایده های ما را در مورد زمان، مکان و خود واقعیت تغییر دادند.

در پایان قرن نوزدهم، دانشمندان بر این باور بودند که به توصیف جامعی از کیهان نزدیک شده‌اند. طبق ایده آنها، فضا با یک محیط پیوسته - "اتر" پر شد. پرتوهای نور و سیگنال های رادیویی به عنوان امواج اتر در نظر گرفته می شدند، همانطور که صدا امواج چگالی هوا است. تنها چیزی که برای تکمیل این نظریه لازم بود اندازه گیری دقیق خواص کشسانی اتر بود. با در نظر گرفتن این هدف، آزمایشگاه جفرسون در دانشگاه هاروارد بدون یک میخ آهنی ساخته شد تا از تداخل احتمالی در بهترین اندازه گیری های مغناطیسی جلوگیری شود. با این حال، طراحان فراموش کرده اند که آجر قرمز قهوه ای که در ساخت آزمایشگاه و بسیاری از ساختمان های دیگر در هاروارد استفاده شده است، حاوی مقادیر قابل توجهی آهن است. این ساختمان امروزه هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما دانشگاه هاروارد هنوز نمی‌داند که طبقه‌های کتابخانه که فاقد میخ‌های آهنی هستند، چقدر می‌توانند تحمل کنند.

در اواخر قرن، مفهوم اتر فراگیر با مشکلاتی مواجه شد. انتظار می رفت نور با سرعت ثابتی از اتر عبور کند، اما اگر خود شما در همان جهت نور در اتر حرکت می کردید، سرعت نور باید کندتر ظاهر شود و اگر در جهت مخالف حرکت می کردید، سرعت. نور سریعتر به نظر می رسد (شکل 1.1).

برنج. 1.1 نظریه اتر ساکن

اگر نور موجی در ماده ای کشسان به نام اتر باشد، سرعت آن برای کسی که در یک سفینه فضایی به سمت آن حرکت می کند سریعتر و برای کسی که در همان جهت نور (b) حرکت می کند کندتر ظاهر می شود.

با این حال، در تعدادی از آزمایش‌ها این ایده‌ها تایید نشدند. دقیق ترین و صحیح ترین آنها در سال 1887 توسط آلبرت مایکلسون و ادوارد مورلی در دانشکده علوم کاربردی کیس، کلیولند، اوهایو انجام شد. آنها سرعت نور را در دو پرتو که در زاویه قائم به یکدیگر حرکت می کنند مقایسه کردند. همانطور که زمین حول محور خود می چرخد و به دور خورشید می چرخد، سرعت و جهت حرکت تجهیزات از طریق اتر تغییر می کند (شکل 1.2). اما مایکلسون و مورلی هیچ تفاوت روزانه یا سالانه ای در سرعت نور در دو پرتو پیدا نکردند. معلوم شد که نور همیشه نسبت به شما با همان سرعت حرکت می‌کند، مهم نیست چقدر سریع و در چه جهتی حرکت می‌کنید (شکل 1.3).

اوه، استیون هاوکینگ قبلاً در Funlab پست شده است. خیلی غیرمنتظره است، اما چون او اینجاست، نمی توانم ساکت بمانم.

ابتدا کمی درباره خود نویسنده: استیون هاوکینگ بارزترین نمونه قدرت روح انسان است. اینکه خود را فلج می بینید و نمی توانید صحبت کنید - چه چیزی بدتر از این سرنوشت؟ اما روح و ذهن تیتان بر ضعف جسمانی او غلبه کرد. و چگونه پیروز شدیم! هاوکینگ یکی از باهوش ترین افرادی است که امروزه روی سیاره ما زندگی می کند. اگر کسی نیاز به اثبات تقدم روح بر بدن دارد، دلیلش اینجاست. کسانی که از مشکلات جزئی یا زخم های خود شکایت دارند نمونه ای از یک مشکل واقعی و ضعف فیزیکی واقعی هستند. در واقع استیون هاوکینگ خود یک داستان علمی تخیلی است. مرد زاهد، مرد شهید، انسان نماد. :نماز خواندن:

درباره کتاب: من فقط یک کتاب خواندم (یا بهتر است بگوییم، هنوز در حال خواندن هستم، زیرا همه چیز بسیار کند پیش می‌رود). چیز کاملا زرق و برق دار است! و مانند هر کالای لوکس، بسیار نادر است. تیراژ کتاب 7000 نسخه است، بنابراین به سختی می توان آن را در قفسه کتابفروشی های شهرهای کوچک پیدا کرد. من شخصاً این کتاب را از طریق اینترنت، در وب سایت www.urss.ru سفارش دادم (از مدیران می خواهم پیوند را حذف نکنند، زیرا این فروشگاه منحصراً ادبیات علمی یا علمی-آموزشی را توزیع می کند که اغلب در هیچ جای دیگری یافت نمی شود). یک نسخه عالی در یک ژاکت گرد و غبار و جلد گالینگور روی کاغذ روکش دار مجلل (خدایا این چقدر با کاغذ ارزان و خاکستری که قبلا آشنا شده است متفاوت است!). چاپ عالی، متن در هیچ جا لک نشده است. نقاشی های رنگی عالی که متن نسبتاً پیچیده را کاملاً تکمیل می کند و سیر افکار نویسنده را به وضوح نشان می دهد. به طور کلی، شرم آور نیست که ششصد روبل را که به سختی به دست آورده اید + پرداخت هزینه تحویل از طریق پست برای این کتاب را بپردازید.

در مورد خود متن، بسیار پیچیده است. اما این پیچیده است نه به این دلیل که نویسنده افکار خود را ضعیف بیان می کند یا به این دلیل که از اصطلاحات یا فرمول های ترسناک سوء استفاده می کند، بلکه به این دلیل که سعی دارد پیچیده ترین و جالب ترین مسائلی را که فیزیک مدرن در تلاش برای حل آنها است توضیح دهد. هاوکینگ به نوبه خود (یعنی از طرف دانشمند محبوب) هر کاری که می توانست انجام داد، اما خواننده باید تلاش زیادی کند تا حداقل به طور کلی بفهمد نویسنده در مورد چه چیزی صحبت می کند.

در این کتاب، برای مثال، بر خلاف کتاب غیرداستانی پرفروش دیگری از برایان گرین، «جهان زیبا»، هیچ فصلی برای تجدید خاطره شما از قوانین فیزیکی دنیای کلان و خرد وجود ندارد. اگر برایان گرین نیمی از کتاب را صرف کرد تا خواننده را برای تئوری ابر ریسمان ها و بعد یازده بعدی که در آن وجود دارند آماده کند، استیون هاوکینگ ترجیح داد گاو را از شاخ بگیرد و از فصل دوم شروع به صحبت در مورد شکل زمان، همزمان با یادآوری مبانی علم خود. بنابراین افراد ناآماده (مثل من) گاهی ممکن است رشته استدلال نویسنده را از دست بدهند. با این حال، آیا تقصیر نویسنده این است که آنها فیزیک را در مدرسه ضعیف تدریس می کنند؟ در اینجا چیزی بیش از مفاهیم اولیه ای که معلمان مدرسه سعی کردند به ما بدهند مورد نیاز نیست.

من عجله دارم تا طرفداران نیک پروموف را خوشحال کنم! چندجهانی که هاوکینگ در یکی از فصل‌های کتاب درباره آن صحبت می‌کند، بسیار شبیه (چقدر شبیه، یک به یک، حتی اگر یک مسابقه «ده تفاوت را پیدا کنید») به Ordered One شبیه است. بنابراین می توان گفت که فانتزی با تئوری های فیزیکی مدرن عمل می کند.

البته محتوای کتاب به همین جا ختم نمی شود و نویسنده در مورد چیزهای کاملاً خارق العاده صحبت می کند. مثلا در مورد امکان سفر در زمان. یا در مورد همان "کرم چاله ها" که زیاد در مورد آنها صحبت می شود، اما تعداد کمی از مردم می دانند.

خط آخر: من نمی توانم دستم را بلند کنم تا به این کتاب کمتر از ده امتیاز بدهم. پیش روی ما یک شاهکار است، بله، یک شاهکار ادبیات علمی عامه پسند در زمینه فیزیک. علاوه بر این، برای یک بار هم که شده، این شاهکار طراحی شایسته‌ای را در قالب یک نسخه ایده‌آل دریافت کرد (چقدر کتاب «جهان زیبا» برایان گرین فاقد این است!) هر کسی که حداقل کمی علاقه‌مند به آنچه بهترین ذهن‌های زمان ما در حال مبارزه هستند، باشد. با خواندن آن ضروری است.

امتیاز: 10

کتاب خوب است، اما نه به خوبی «تاریخ مختصر زمان»، که زمانی در ادبیات علمی عامه‌پسند سروصدا کرد.

تعداد زیادی نقاشی بزرگ و رنگارنگ وجود دارد، هیچ فرمول پیچیده ای وجود ندارد، همه چیز را می توان به معنای واقعی کلمه روی انگشتان خود جوید. ایده ها در واقع بسیار پیچیده هستند و همیشه نمی توان آنها را با کلمات ساده مانند این بیان کرد ... با این وجود نویسنده سعی می کند این کار را انجام دهد. به نظر من، ساده‌سازی بیش از حد مطالب، از نظر محتوای اطلاعاتی به کتاب آسیب قابل توجهی زد. سؤالات زیادی برای افرادی که می خواهند به تنهایی به ته حقیقت برسند باقی می ماند، بنابراین، در نهایت، آنها باید ادبیات اضافی بخرند: برایان گرین، واینبرگ، پنروز. به طور جداگانه، من می خواهم به آثار منتشر شده توسط آمفورا در مورد نظریه نسبیت انیشتین اشاره کنم (این مجموعه "کتابخانه استیون هاوکینگ" نام دارد).

استیون هاوکینگ

جهان به طور خلاصه

پیشگفتار

در سال 1988، زمانی که تاریخچه مختصر زمان برای اولین بار منتشر شد، تصور این بود که نظریه نهایی همه چیز به سختی در افق ظاهر می شود. از آن زمان تا کنون وضعیت چگونه تغییر کرده است؟ آیا ما به هدفمان نزدیکتر هستیم؟ همانطور که در این کتاب خواهید آموخت، پیشرفت چشمگیر بوده است. اما این سفر همچنان ادامه دارد و پایانی در پیش نیست. همانطور که می گویند بهتر است مسیر را با امید ادامه دهیم تا اینکه به هدف برسید. جستجوها و اکتشافات ما به خلاقیت در همه زمینه ها دامن می زند، نه فقط در علم. اگر به انتهای راه برسیم، روح انسان پژمرده می شود و می میرد. اما فکر نمی‌کنم هرگز متوقف نشویم: اگر نه در عمق، به سمت پیچیدگی حرکت خواهیم کرد و همیشه در مرکز افق در حال گسترش احتمالات باقی می‌مانیم.

تاریخچه مختصر نسبیت

چگونه اینشتین پایه ها را بنا نهاد

دو نظریه بنیادی قرن بیستم:

نسبیت عام و مکانیک کوانتومی

برنج. 1.1 نظریه اتر ساکن

برنج. 1.2

هیچ تفاوتی بین سرعت نور در جهت مدار زمین و سرعت نور در جهت عمود پیدا نشد.

بر اساس آزمایش مایکلسون-مورلی، فیزیکدان ایرلندی جورج فیتزجرالد و فیزیکدان هلندی هندریک لورنتس پیشنهاد کردند که اجسامی که در اتر حرکت می کنند باید منقبض شوند و ساعت ها باید کند شوند. این فشرده سازی و کاهش سرعت به گونه ای است که مردم همیشه همان سرعت نور را بدون توجه به نحوه حرکت آنها نسبت به اتر اندازه گیری می کنند. (فیتزجرالد و لورنتز هنوز اتر را یک جوهر واقعی می‌دانستند.) با این حال، در مقاله‌ای که در ژوئن 1905 نوشته شد، انیشتین خاطرنشان کرد که اگر هیچ‌کس نتواند تعیین کند که آیا او در اتر حرکت می‌کند یا نه، پس خود مفهوم اتر است. زائد می شود. در عوض، او با این فرض شروع کرد که قوانین فیزیک باید برای همه ناظران آزادانه یکسان باشد. به طور خاص، همه آنها، با اندازه گیری سرعت نور، بدون توجه به سرعت حرکت آنها باید یک مقدار را دریافت کنند. سرعت نور مستقل از حرکات آنهاست و در همه جهات یکسان است.

برنج. 1.3. اندازه گیری سرعت نور

در تداخل سنج Michelson-More، نور منبع توسط یک آینه نیمه شفاف به دو پرتو تقسیم شد. پرتوها عمود بر یکدیگر حرکت کردند و سپس دوباره متحد شدند و روی یک آینه نیمه شفاف افتادند. تفاوت در سرعت پرتوهای نور که در دو جهت حرکت می کنند می تواند منجر به این واقعیت شود که تاج های امواج یک پرتو همزمان با فرورفتگی امواج دیگر می رسند و یکدیگر را خنثی می کنند.

در سال 1988، کتاب رکوردشکن استیون هاوکینگ، تاریخ مختصر زمان، ایده های این فیزیکدان نظری برجسته را به خوانندگان سراسر جهان معرفی کرد. و در اینجا یک رویداد مهم جدید است: هاوکینگ بازگشت! دنباله ای که به زیبایی مصور شده است، جهان به طور خلاصه، اکتشافات علمی را نشان می دهد که از زمان انتشار اولین کتاب او که به طور گسترده تحسین شده است، انجام شده است.

هاوکینگ، یکی از درخشان‌ترین دانشمندان زمان ما، که نه تنها به دلیل جسارت ایده‌هایش، بلکه به دلیل وضوح و هوشمندی بیانش شناخته می‌شود، ما را به لبه‌ی برش تحقیق می‌برد، جایی که حقیقت غریب‌تر از تخیل به نظر می‌رسد. به عبارت ساده اصول حاکم بر جهان هستی.

مانند بسیاری از فیزیکدانان نظری، هاوکینگ مشتاق یافتن جام مقدس علم است - نظریه همه چیز، که در پایه کیهان نهفته است. این به ما اجازه می دهد تا اسرار جهان را لمس کنیم: از ابرگرانش تا ابر تقارن، از نظریه کوانتومی تا نظریه M، از هولوگرافی تا دوگانگی. ما با هم وارد ماجراجویی جذابی می‌شویم که او در مورد تلاش‌هایش برای خلق کردن، بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین و ایده ریچارد فاینمن درباره تاریخ‌های متعدد، صحبت می‌کند.

ما او را در سفری خارق‌العاده در فضا-زمان همراهی می‌کنیم و تصاویر رنگی باشکوه به عنوان نقاط عطفی در این سفر از طریق سرزمین عجایب سورئال عمل می‌کنند، جایی که ذرات، غشاها و ریسمان‌ها در یازده بعد حرکت می‌کنند، جایی که سیاه‌چاله‌ها تبخیر می‌شوند و اسرارشان را با خود می‌برند و جایی که دانه کیهانی که کیهان ما از آن رشد کرد یک مهره کوچک بود.

استیون هاوکینگ
کیهان به طور خلاصه
ترجمه از انگلیسی توسط A.G. Sergeev
این نشریه با حمایت بنیاد سلسله دیمیتری زیمین تهیه شد
SPb: آمفورا. TID Amphora, 2007. - 218 p.

فصل 5. حفاظت از گذشته

درباره اینکه آیا سفر در زمان امکان پذیر است و آیا تمدن بسیار توسعه یافته با بازگشت به گذشته قادر به تغییر آن است یا خیر

زیرا استیون هاوکینگ (که با کلی کردن خواسته‌هایش شرط قبلی را در این مورد باخت) کاملاً متقاعد است که تکینگی‌های برهنه نفرین شده و باید توسط قوانین فیزیک کلاسیک منع شوند، و به این دلیل که جان پرسکیل و کیپ تورن (که برنده قبلی شد. شرط) - هنوز بر این باورند که تکینگی های برهنه به عنوان اجسام گرانشی کوانتومی می توانند بدون پوشش افق در جهان قابل مشاهده وجود داشته باشند، هاوکینگ پیشنهاد داد و پریسکیل/تورن شرط زیر را پذیرفت:

از آنجایی که هر شکلی از ماده یا میدان کلاسیک که قادر به تکینگی در فضازمان تخت نباشد از معادلات کلاسیک نظریه نسبیت عام انیشتین تبعیت می کند، تکامل دینامیکی از هر شرایط اولیه (یعنی از هر مجموعه باز از داده های اولیه) هرگز نمی تواند ایجاد کند. تکینگی برهنه (ژئودزیک صفر ناقص از I + با نقطه پایان در گذشته).

بازنده با لباس به برنده پاداش می دهد تا برهنگی خود را بپوشاند. لباس باید با پیامی متناسب با موقعیت گلدوزی شده باشد.

دوست و همکار من کیپ تورن، که من با او شرط‌بندی‌های زیادی انجام داده‌ام (هنوز فعال است)، یکی از کسانی نیست که از خط عمومی پذیرفته شده در فیزیک پیروی می‌کند، فقط به این دلیل که دیگران این کار را انجام می‌دهند. بنابراین، او اولین دانشمند جدی بود که جرأت کرد سفر در زمان را به عنوان یک امکان عملی مورد بحث قرار دهد.

صحبت آشکار در مورد سفر در زمان موضوع بسیار حساسی است. شما در معرض خطر گمراه شدن هستید یا با فراخوان های بلند برای سرمایه گذاری پول بودجه در برخی موارد پوچ، یا با درخواست برای طبقه بندی تحقیقات برای اهداف نظامی. به راستی چگونه می توانیم از خودمان در برابر کسی که ماشین زمان دارد محافظت کنیم؟ بالاخره او قادر است خود تاریخ را تغییر دهد و بر جهان حکومت کند. تعداد کمی از ما به اندازه کافی احمق هستیم که روی سوالی کار کنیم که در بین فیزیکدانان از نظر سیاسی بسیار نادرست تلقی می شود. ما این واقعیت را با اصطلاحات فنی که سفر در زمان را رمزگذاری می کنند پنهان می کنیم.

اساس تمام بحث های مدرن در مورد سفر در زمان، نظریه نسبیت عام اینشتین است. همانطور که در فصل های قبلی مشاهده شد، معادلات انیشتین با توصیف چگونگی خم شدن و اعوجاج آنها توسط ماده و انرژی در جهان، فضا و زمان را پویا می کند. در نسبیت عام، زمان شخصی هر کسی، همانطور که با یک ساعت مچی اندازه گیری می شود، همیشه افزایش می یابد، درست مانند نظریه نیوتن یا در فضازمان مسطح نسبیت خاص. اما شاید فضا-زمان به قدری پیچ خورده باشد که بتوانید با یک سفینه فضایی پرواز کرده و قبل از حرکت بازگردید (شکل 5.1).

به عنوان مثال، اگر کرمچاله هایی وجود داشته باشد - لوله های فضا-زمان ذکر شده در فصل 4 که مناطق مختلف آن را به هم متصل می کنند، ممکن است اتفاق بیفتد. ایده این است که یک سفینه فضایی را به دهانه یک کرم چاله بفرستیم و از دهانه دیگری در مکان و زمان کاملاً متفاوتی بیرون بیاییم (شکل 5.2).

کرم‌چاله‌ها، اگر وجود داشته باشند، می‌توانند مشکل محدودیت سرعت در فضا را حل کنند: طبق نظریه نسبیت، ده‌ها هزار سال طول می‌کشد تا از کهکشان عبور کنیم. اما از طریق یک کرم چاله می توانید به سمت دیگر کهکشان پرواز کنید و در طول شام برگردید. در همین حال، به راحتی می توان نشان داد که اگر کرمچاله ها وجود داشته باشند، می توان از آنها برای یافتن خود در گذشته استفاده کرد.

بنابراین ارزش آن را دارد که به این فکر کنید که چه اتفاقی می افتد اگر موفق شوید، برای مثال، موشک خود را در سکوی پرتاب منفجر کنید تا از پرواز خود جلوگیری کنید. این تغییری از پارادوکس معروف است: اگر به گذشته برگردید و پدربزرگ خود را قبل از اینکه پدرتان را باردار شود بکشید چه اتفاقی می‌افتد (شکل 5.3)؟

البته، تناقض در اینجا تنها زمانی به وجود می آید که فرض کنیم، یک بار در گذشته، می توانید هر کاری که می خواهید انجام دهید. این کتاب جای بحث های فلسفی در مورد اختیار نیست. درعوض، ما بر روی این موضوع تمرکز خواهیم کرد که آیا قوانین فیزیک اجازه می‌دهند فضازمان بپیچد تا جسم ماکروسکوپی مانند یک سفینه فضایی بتواند به گذشته خود بازگردد. طبق نظریه انیشتین، یک فضاپیما همیشه با سرعتی کمتر از سرعت محلی نور در فضا-زمان حرکت می کند و از خط به اصطلاح جهان مانند زمان پیروی می کند. این به ما اجازه می‌دهد تا این سؤال را با شرایط فنی مجدداً فرموله کنیم: آیا می‌توان منحنی‌های زمان مانند بسته‌ای در فضا-زمان وجود داشت، یعنی منحنی‌هایی که بارها و بارها به نقطه شروع خود باز می‌گردند؟ من چنین مسیرهایی را «زمانی» می نامم سحلقه های mi."

می توانید در سه سطح به دنبال پاسخی برای سوال مطرح شده باشید. اولی سطح نظریه نسبیت عام انیشتین است که بیانگر این است که جهان تاریخ کاملاً مشخص و بدون هیچ گونه عدم قطعیت دارد. برای این نظریه کلاسیک ما یک تصویر کامل داریم. با این حال، همانطور که دیدیم، چنین نظریه ای نمی تواند کاملاً دقیق باشد، زیرا، طبق مشاهدات، ماده در معرض عدم قطعیت و نوسانات کوانتومی است.

بنابراین، می‌توان در سطح دوم - در مورد نظریه‌های نیمه کلاسیک - در مورد سفر در زمان سؤال کرد. حال رفتار ماده را طبق نظریه کوانتومی با عدم قطعیت و نوسانات کوانتومی در نظر می گیریم، اما فضا-زمان را کاملاً تعریف شده و کلاسیک می دانیم. این تصویر آنقدرها هم کامل نیست، اما حداقل ایده ای از نحوه ادامه کار را ارائه می دهد.

در نهایت، رویکردی از نقطه نظر یک نظریه کوانتومی کامل گرانش وجود دارد، هر چه که معلوم شود. در این نظریه، جایی که نه تنها ماده، بلکه خود زمان و مکان نیز در معرض عدم قطعیت و نوسان هستند، حتی کاملاً روشن نیست که چگونه می توان سؤال امکان سفر در زمان را مطرح کرد. شاید بهترین کاری که می توان انجام داد این است که از مردم در مناطقی که فضازمان تقریباً کلاسیک و عاری از عدم قطعیت است بخواهیم اندازه گیری های خود را تفسیر کنند. آیا آنها سفر در زمان را در مناطقی با گرانش قوی و نوسانات کوانتومی زیاد تجربه خواهند کرد؟

بیایید با نظریه کلاسیک شروع کنیم: فضا-زمان مسطح نظریه نسبیت خاص (بدون گرانش) امکان سفر در زمان را در آن نسخه های منحنی فضا-زمان که در ابتدا مورد مطالعه قرار گرفتند، غیرممکن است. وقتی در سال 1949 کورت گودل، همان کسی که قضیه معروف گودل را اثبات کرد، انیشتین به معنای واقعی کلمه شوکه شد. درحلقه ام در هر نقطه (شکل 5.4).

راه حل گودل مستلزم ارائه یک ثابت کیهانی بود که ممکن است در واقعیت وجود نداشته باشد، اما بعدها راه حل های مشابهی بدون ثابت کیهانی پیدا شد. یک مورد به خصوص جالب زمانی است که دو رشته کیهانی با سرعت زیاد از کنار یکدیگر عبور می کنند.

ریسمان های کیهانی را نباید با اشیاء ابتدایی نظریه ریسمان که کاملاً با آنها بی ارتباط هستند اشتباه گرفت. چنین اشیایی دارای امتداد هستند، اما در عین حال دارای مقطع کوچکی هستند. وجود آنها در برخی از نظریه های ذرات بنیادی پیش بینی شده است. فضا-زمان خارج از یک رشته کیهانی منفرد مسطح است. با این حال، این فضا-زمان مسطح دارای یک بریدگی گوه‌ای شکل است که بالای آن فقط روی ریسمان قرار دارد. شبیه یک مخروط است: یک دایره بزرگ کاغذ بردارید و یک بخش از آن را مانند یک تکه پای که بالای آن در مرکز دایره قرار دارد برش دهید. پس از برداشتن قطعه برش، لبه های برش را به قسمت باقی مانده بچسبانید - یک مخروط خواهید داشت. این فضا-زمان را نشان می دهد که رشته کیهانی در آن وجود دارد (شکل 5.5).

توجه داشته باشید که از آنجایی که سطح مخروط همچنان همان کاغذ صافی است که با آن شروع کردیم (منهای بخش حذف شده)، همچنان می توان آن را به جز قسمت بالایی، صاف در نظر گرفت. وجود انحنا در راس را می توان با این واقعیت آشکار کرد که دایره های توصیف شده در اطراف آن کوتاه تر از دایره هایی هستند که در همان فاصله از مرکز روی کاغذ گرد اصلی هستند. به عبارت دیگر، دایره اطراف راس کوتاهتر از دایره ای به همان شعاع است که باید در فضای صاف به دلیل بخش از دست رفته باشد (شکل 5.6).

به همین ترتیب، بخش حذف شده از فضازمان مسطح، دایره های اطراف رشته کیهانی را کوتاه می کند، اما بر زمان یا فاصله در طول آن تأثیر نمی گذارد. این بدان معناست که فضا-زمان اطراف یک رشته کیهانی منفرد حاوی زمان نیست س x حلقه می شود و بنابراین سفر به گذشته غیرممکن است. با این حال، اگر رشته کیهانی دومی وجود داشته باشد که نسبت به رشته اول حرکت کند، جهت زمانی آن ترکیبی از تغییرات زمانی و مکانی رشته اول خواهد بود. این بدان معنی است که بخشی که توسط رشته دوم قطع می شود، هر دو فاصله در فضا و بازه های زمانی را برای ناظری که همراه با رشته اول حرکت می کند کاهش می دهد (شکل 5.7). اگر رشته ها نسبت به یکدیگر با سرعتی نزدیک به نور در حال حرکت باشند، کاهش زمان دور زدن هر دو رشته می تواند آنقدر قابل توجه باشد که قبل از شروع به عقب برگردید. به عبارت دیگر، موقتی وجود دارد س e حلقه هایی که در طول آن می توانید به گذشته سفر کنید.

ریسمان های کیهانی حاوی ماده ای هستند که دارای چگالی انرژی مثبت است که با فیزیک شناخته شده امروزی مطابقت دارد. با این حال، پیچش فضا، که منجر به موقت می شود س e حلقه می شود، تا بی نهایت در فضا و به گذشته بی پایان در زمان کشیده می شود. بنابراین چنین ساختارهای فضا-زمانی در ابتدا، با ساخت، امکان سفر در زمان را فراهم می کنند. هیچ دلیلی وجود ندارد که باور کنیم جهان خودمان بر اساس چنین سبک انحرافی طراحی شده است. (من تئوری‌های توطئه مبنی بر اینکه بشقاب پرنده‌ها از آینده می‌آیند و دولت در مورد آن می‌داند اما حقیقت را پنهان می‌کند حساب نمی‌کنم. آنها معمولاً چیزهایی را پنهان می‌کنند که چندان عالی نیستند.) بنابراین من آن را موقتی فرض می‌کنم. سحلقه های x در گذشته های دور وجود نداشتند، یا به طور دقیق تر، در گذشته نسبت به سطحی در فضا-زمان، که من به آن اشاره خواهم کرد. اس. سوال: آیا تمدن بسیار توسعه یافته می تواند ماشین زمان بسازد؟ یعنی آیا می تواند فضا-زمان را در آینده نسبت به اس(در بالای سطح اسروی نمودار) به طوری که حلقه ها فقط در ناحیه اندازه محدود ظاهر شوند؟ من یک منطقه محدود را می گویم زیرا مهم نیست که یک تمدن چقدر پیشرفته باشد، به نظر می رسد که می تواند تنها بخش محدودی از جهان را کنترل کند. در علم، فرمول بندی صحیح یک مسئله اغلب به معنای یافتن کلید راه حل آن است و موردی که در نظر داریم، گویای خوبی برای این موضوع است. برای تعریف ماشین زمان متناهی به یکی از کارهای قدیمی خود می پردازم. سفر در زمان در مناطقی از فضا-زمان که موقتی هستند امکان پذیر است سحلقه‌های e، یعنی مسیرهایی با سرعت حرکت زیر نور، که با این وجود به دلیل انحنای فضا-زمان موفق به بازگشت به مکان و زمان اصلی می‌شوند. از آنجایی که من این را در گذشته های دور موقتی فرض می کردم س x هیچ حلقه ای وجود نداشت، همانطور که من آن را می نامم باید وجود داشته باشد، "افق سفر در زمان" - مرزی که منطقه حاوی زمان را از هم جدا می کند. سحلقه های e، از ناحیه ای که نیستند (شکل 5.8).

افق سفر در زمان کاملاً شبیه افق سیاهچاله است. در حالی که دومی توسط پرتوهای نوری تشکیل می‌شود که فقط کمی فاصله دارند تا از یک سیاه‌چاله فرار کنند، افق سفر در زمان توسط پرتوهایی تعریف می‌شود که در آستانه ملاقات با خود هستند. علاوه بر این، من معیار ماشین زمان را وجود یک افق به اصطلاح تولید محدود می دانم، یعنی توسط پرتوهای نوری که از ناحیه ای با اندازه محدود ساطع می شوند، تشکیل شده است. به عبارت دیگر، آنها نباید از بی نهایت یا تکینگی بیایند، بلکه فقط باید از یک منطقه متناهی حاوی موقت باشند. درحلقه ام، چنین منطقه ای است که تصور می کنیم تمدن بسیار توسعه یافته ما قادر به ایجاد آن خواهد بود.

با پذیرش این معیار ماشین زمان، فرصت فوق العاده ای برای استفاده از روش هایی که راجر پنروز و من برای مطالعه تکینگی ها و سیاهچاله ها ایجاد کردیم، به وجود می آید. حتی بدون استفاده از معادلات انیشتین، می توانم نشان دهم که به طور کلی، یک افق محدود تولید شده حاوی پرتوهای نوری است که به یکدیگر می رسند و بارها و بارها به همان نقطه باز می گردند. همانطور که دایره می چرخد، نور هر بار تغییر رنگ آبی بیشتری را تجربه می کند و تصاویر آبی تر و آبی تر می شوند. برآمدگی امواج در پرتو شروع به نزدیک‌تر شدن و نزدیک‌تر شدن به یکدیگر می‌کنند و فواصل زمانی که نور از آن باز می‌گردد کوتاه‌تر و کوتاه‌تر می‌شود. در واقع، یک ذره از نور زمانی که در زمان خودش در نظر گرفته شود، تاریخچه محدودی خواهد داشت، حتی اگر دایره هایی را در یک ناحیه محدود بچرخاند و به نقطه انحنای منفرد برخورد نکند.

این واقعیت که ذره ای از نور تاریخ خود را در زمان محدودی تمام می کند، ممکن است بی اهمیت به نظر برسد. اما می توانم امکان وجود خطوط جهانی را نیز ثابت کنم که سرعت حرکت در طول آن کمتر از نور و مدت زمان آن محدود است. اینها می تواند داستان ناظرانی باشد که در یک منطقه محدود قبل از افق گرفتار شده اند و در اطراف، اطراف و اطراف، سریعتر و سریعتر حرکت می کنند تا زمانی که در مدت زمان محدودی به سرعت نور برسند. بنابراین، اگر یک بیگانه زیبا از بشقاب پرنده شما را به ماشین زمان خود دعوت کرد، مراقب باشید. شما می توانید در دام تکرار داستان ها با مدت زمان کل محدود بیفتید (شکل 5.9).

این نتایج به معادله انیشتین بستگی ندارد، بلکه فقط به روشی که در آن فضازمان برای تولید زمان می پیچد بستگی دارد. Oحلقه های هفتم در منطقه نهایی. اما با این حال، تمدن بسیار توسعه یافته از چه نوع ماده ای می تواند برای ساخت ماشین زمان با ابعاد محدود استفاده کند؟ آیا می تواند در همه جا چگالی انرژی مثبت داشته باشد، همانطور که در مورد فضا-زمان ریسمان کیهانی که در بالا توضیح داده شد؟ رشته کیهانی نیاز من را برآورده نمی کند سحلقه های e فقط در ناحیه نهایی ظاهر می شوند. اما ممکن است تصور شود که این تنها به این دلیل است که رشته ها دارای طول بی نهایت هستند. ممکن است کسی امیدوار باشد که یک ماشین زمان محدود با استفاده از حلقه های محدودی از رشته های کیهانی بسازد که دارای چگالی انرژی مثبت در سراسر آن هستند. متاسفم که افرادی را که مانند کیپ می‌خواهند به گذشته برگردند ناامید می‌کنم، اما این کار را نمی‌توان با حفظ تراکم انرژی مثبت در سرتاسر انجام داد. من می توانم ثابت کنم که برای ساختن ماشین زمان نهایی به انرژی منفی نیاز دارید.

در تئوری کلاسیک، چگالی انرژی همیشه مثبت است، بنابراین وجود ماشین زمان محدود در این سطح منتفی است. اما وضعیت در نظریه نیمه کلاسیک تغییر می کند، جایی که رفتار ماده مطابق با نظریه کوانتومی در نظر گرفته می شود و فضا-زمان کاملاً تعریف شده و کلاسیک در نظر گرفته می شود. همانطور که دیدیم، اصل عدم قطعیت در تئوری کوانتومی به این معنی است که میدان ها همیشه بالا و پایین، حتی در فضای به ظاهر خالی، نوسان دارند و چگالی انرژی بی نهایت دارند. از این گذشته، تنها با کم کردن یک مقدار بی نهایت، چگالی انرژی محدودی را که در جهان مشاهده می کنیم، بدست می آوریم. این تفریق همچنین می تواند چگالی انرژی منفی را حداقل به صورت محلی ایجاد کند. حتی در فضای مسطح، می توان حالت های کوانتومی را یافت که در آن چگالی انرژی به صورت موضعی منفی است، اگرچه انرژی کلی مثبت است. من نمی دانم که آیا این مقادیر منفی واقعاً باعث می شود که فضا-زمان خم شود تا یک ماشین زمان محدود ایجاد شود؟ به نظر می رسد که آنها باید به این امر منجر شوند. همانطور که از فصل 4 مشخص است، نوسانات کوانتومی به این معنی است که حتی فضای به ظاهر خالی پر از جفت ذرات مجازی است که با هم ظاهر می شوند، از هم دور می شوند، و سپس دوباره همگرا می شوند و یکدیگر را از بین می برند (شکل 5.10). یکی از عناصر جفت مجازی دارای انرژی مثبت و دیگری دارای انرژی منفی خواهد بود. اگر یک سیاهچاله وجود داشته باشد، یک ذره با انرژی منفی می تواند در آن بیفتد، و یک ذره با انرژی مثبت می تواند تا بی نهایت پرواز کند، جایی که به عنوان تابش ظاهر می شود که انرژی مثبت را از سیاهچاله دور می کند. و ذرات با انرژی منفی که در یک سیاهچاله سقوط می کنند، منجر به کاهش جرم آن و تبخیر آهسته، همراه با کاهش اندازه افق خواهد شد (شکل 5.11).

ماده معمولی با چگالی انرژی مثبت نیروی گرانشی جذابی ایجاد می‌کند و فضازمان را خم می‌کند تا پرتوها به سمت یکدیگر بچرخند، درست مانند توپ روی ورق لاستیکی در فصل 2، همیشه توپ کوچک را به سمت خود می‌چرخاند و هرگز دور نمی‌کند.

نتیجه این است که مساحت افق سیاهچاله فقط در طول زمان افزایش می یابد و هرگز کاهش نمی یابد. برای کوچک شدن افق سیاهچاله، چگالی انرژی در افق باید منفی باشد و فضا-زمان باید باعث واگرایی پرتوهای نور شود. این را اولین بار یک شب در حالی که به رختخواب می رفتم، مدت کوتاهی پس از تولد دخترم متوجه شدم. دقیقاً نمی گویم چند وقت پیش بود، اما اکنون یک نوه دارم.

تبخیر سیاهچاله‌ها نشان می‌دهد که در سطح کوانتومی، چگالی انرژی می‌تواند گاهی منفی باشد و فضا-زمان را در جهتی که برای ساخت ماشین زمان لازم است خم کند. بنابراین می توان تمدنی را در چنین مرحله بالایی از توسعه تصور کرد که بتواند به یک چگالی انرژی منفی به اندازه کافی بزرگ دست یابد تا ماشین زمانی مناسب برای اجرام ماکروسکوپی مانند سفینه های فضایی به دست آورد. با این حال، تفاوت قابل توجهی بین افق یک سیاهچاله، که توسط پرتوهای نوری که فقط به حرکت خود ادامه می دهند، و افق در ماشین زمان، که شامل پرتوهای بسته نور است که به صورت دایره ای ادامه می دهند، تشکیل می شود، وجود دارد. یک ذره مجازی که بارها و بارها در امتداد چنین مسیر بسته ای حرکت می کند، انرژی حالت پایه خود را به همان نقطه می رساند. بنابراین، باید انتظار داشته باشیم که در افق، یعنی در مرز ماشین زمان - منطقه ای که می توانید در آن به گذشته سفر کنید - چگالی انرژی بی نهایت باشد. این با محاسبات دقیق در تعدادی از موارد خاص تأیید می شود، که به اندازه کافی ساده هستند تا بتوان یک راه حل دقیق را به دست آورد. معلوم می شود که یک شخص یا یک کاوشگر فضایی که سعی می کند از افق عبور کند و وارد ماشین زمان شود، به طور کامل توسط پرده تابش نابود می شود (شکل 5.12). بنابراین آینده سفر در زمان بسیار تاریک به نظر می رسد (یا باید بگوییم کورکورانه روشن است؟).

چگالی انرژی یک ماده به حالتی که در آن قرار دارد بستگی دارد، بنابراین شاید یک تمدن بسیار توسعه یافته بتواند چگالی انرژی در لبه ماشین زمان را با "انجماد" یا حذف ذرات مجازی که به دور و دور حرکت می کنند، محدود کند. گرد در یک حلقه بسته با این حال، هیچ اطمینانی وجود ندارد که چنین ماشین زمانی پایدار باشد: کوچکترین اختلال، برای مثال شخصی که از افق عبور می کند تا وارد ماشین زمان شود، می تواند گردش ذرات مجازی را شروع کند و باعث سوزاندن رعد و برق شود. فیزیکدانان باید این موضوع را آزادانه و بدون ترس از تمسخر تحقیرآمیز بحث کنند. حتی اگر معلوم شود که سفر در زمان غیرممکن است، ما متوجه می شویم که چرا غیرممکن است و این مهم است.

برای اینکه به سوال مورد بحث با قطعیت پاسخ دهیم، باید نوسانات کوانتومی را نه تنها در میدان های مادی، بلکه خود فضا-زمان را نیز در نظر بگیریم. می توان انتظار داشت که این امر باعث ایجاد تاری در مسیرهای پرتوهای نور و به طور کلی در اصل ترتیب زمانی شود. در واقع، می‌توانیم تابش سیاه‌چاله را نشت ناشی از نوسانات کوانتومی در فضازمان در نظر بگیریم که نشان می‌دهد افق به خوبی تعریف نشده است. از آنجایی که ما هنوز یک نظریه آماده از گرانش کوانتومی نداریم، سخت است بگوییم که نوسانات فضازمان چه تاثیری باید داشته باشد. با این حال، می‌توانیم امیدوار باشیم که بتوانیم سرنخ‌هایی از خلاصه داستان فاینمن که در فصل 3 توضیح داده شده است، به دست آوریم.

هر داستان یک فضا-زمان منحنی با میدان‌های مادی در آن خواهد بود. از آنجایی که ما قصد داریم تمام تاریخ‌های ممکن را جمع کنیم، و نه فقط آن‌هایی که برخی معادلات را برآورده می‌کنند، مجموع باید آن فضازمان‌هایی را نیز شامل شود که به اندازه کافی پیچ خورده‌اند تا امکان سفر به گذشته را فراهم کنند (شکل 5.13). سپس این سوال مطرح می شود: چرا چنین سفرهایی در همه جا اتفاق نمی افتد؟ پاسخ این است که سفر در زمان در واقع در مقیاس میکروسکوپی اتفاق می افتد، اما ما متوجه آن نمی شویم. اگر ایده فاینمن را در مورد جمع بر روی تاریخ ها به یک ذره منفرد اعمال کنیم، باید تاریخ هایی را در نظر بگیریم که در آنها سریعتر از نور و حتی در زمان به عقب حرکت می کند. به طور خاص، داستان هایی وجود خواهد داشت که در آن ذره در یک حلقه بسته در زمان و مکان به دور و دور حرکت می کند. مانند فیلم «روز گروندهاگ» که در آن گزارشگر همان روزها را بارها و بارها زندگی می کند (شکل 5. 14).

ذرات با چنین تاریخچه های حلقه بسته را نمی توان در شتاب دهنده ها مشاهده کرد. با این حال، عوارض جانبی آنها را می توان با مشاهده تعدادی از اثرات تجربی اندازه گیری کرد. یکی تغییر جزئی در تابش ساطع شده از اتم های هیدروژن است که به دلیل حرکت الکترون ها در حلقه های بسته ایجاد می شود. دیگری نیروی کوچکی است که بین صفحات فلزی موازی عمل می کند و ناشی از این واقعیت است که حلقه های بسته کمی بین آنها نسبت به مناطق بیرونی قرار می گیرد - این یکی دیگر از درمان های معادل اثر کازیمیر است. بنابراین، وجود داستان های بسته در یک حلقه با آزمایش تایید می شود (شکل 5.15).

قابل بحث است که آیا چنین تاریخچه های حلقه ای از ذرات ارتباطی با انحنای فضازمان دارند، زیرا آنها حتی در برابر پس زمینه ای تغییرناپذیر مانند فضای مسطح ظاهر می شوند. اما در سال‌های اخیر ما کشف کرده‌ایم که پدیده‌های فیزیکی اغلب توصیفات دوگانه معتبری دارند. به همان اندازه می توان گفت که ذرات در حلقه های بسته در یک پس زمینه ثابت حرکت می کنند، یا اینکه در حالی که فضا-زمان در اطراف آنها در نوسان است، بی حرکت می مانند. این به این سوال ختم می شود: آیا می خواهید ابتدا مسیرهای ذرات و سپس فضازمان های منحنی را جمع آوری کنید یا برعکس؟

بنابراین، به نظر می رسد نظریه کوانتومی امکان سفر در زمان را در مقیاس میکروسکوپی فراهم می کند. اما برای اهداف علمی تخیلی مانند بازگشت به گذشته و کشتن پدربزرگتان، این کار چندان فایده ای ندارد. بنابراین، این سؤال باقی می‌ماند: آیا احتمال، وقتی در تاریخ‌ها جمع می‌شود، در فضازمان‌ها با حلقه‌های زمانی ماکروسکوپیک به حداکثر می‌رسد؟

این سوال را می‌توان با در نظر گرفتن مجموع تاریخچه‌های میدان‌های مادی در دنباله‌ای از فضا-زمان‌های پس‌زمینه که هر روز به اجازه دادن به حلقه‌های زمانی نزدیک‌تر می‌شوند، بررسی کرد. طبیعی است که در لحظه ای که موقتی است انتظار داشته باشیم آمن حلقه برای اولین بار ظاهر می شود، اتفاق مهمی در شرف وقوع است. این دقیقاً همان چیزی است که در یک مثال ساده که با شاگردم مایکل کسیدی مطالعه کردم اتفاق افتاد.

فضا-زمان‌های پس‌زمینه‌ای که ما مطالعه کردیم، ارتباط نزدیکی با به اصطلاح جهان انیشتین داشتند، فضازمانی که انیشتین آن را زمانی پیشنهاد کرد که هنوز معتقد بود جهان در زمان ثابت و تغییرناپذیر است، نه منبسط می‌شود و نه منقبض می‌شود (به فصل 1 مراجعه کنید). در جهان انیشتین، زمان از گذشته ای نامتناهی به آینده ای نامحدود می رود. اما ابعاد فضایی محدود و مانند سطح زمین بر روی خود بسته هستند، اما فقط با یک بعد دیگر. چنین فضا-زمانی را می توان به صورت استوانه ای ترسیم کرد که محور طولی آن زمان و مقطع آن فضایی با سه بعد خواهد بود (شکل 5.16).

از آنجایی که جهان انیشتین در حال انبساط نیست، با جهانی که در آن زندگی می کنیم مطابقت ندارد. با این حال، این یک چارچوب مفید برای بحث در مورد سفر در زمان است، زیرا به اندازه کافی ساده است که بتوان در داستان ها جمع بندی کرد. بیایید برای لحظه ای سفر در زمان را فراموش کنیم و ماده را در جهان انیشتین در نظر بگیریم که حول یک محور خاص می چرخد. اگر خود را در این محور بیابید، در همان نقطه از فضا می مانید، انگار که در مرکز چرخ فلک کودکان ایستاده اید. اما با قرار گرفتن در موقعیت دور از محور، در فضای اطراف آن حرکت خواهید کرد. هرچه از محور دورتر باشید، حرکت شما سریعتر خواهد بود (شکل 5.17). بنابراین، اگر جهان در فضا بی نهایت باشد، نقاط به اندازه کافی دور از محور با سرعت های فوق العاده می چرخند. اما از آنجایی که جهان انیشتین از نظر ابعاد فضایی محدود است، سرعت چرخش حیاتی وجود دارد که در آن هیچ بخشی از آن هنوز سریعتر از نور نمی‌چرخد.

اکنون مجموع تاریخ یک ذره در جهان در حال چرخش اینشتین را در نظر بگیرید. وقتی چرخش آهسته است، مسیرهای زیادی وجود دارد که یک ذره می تواند برای مقدار معینی انرژی طی کند. بنابراین، مجموع تمام تاریخچه‌های یک ذره در برابر چنین پس‌زمینه‌ای دامنه بزرگی به دست می‌دهد. این بدان معناست که احتمال چنین پس‌زمینه‌ای وقتی در تمام تاریخ‌های فضا-زمان منحنی جمع شود، زیاد خواهد بود، یعنی یکی از تاریخ‌های محتمل‌تر است. با این حال، با نزدیک شدن سرعت چرخش جهان انیشتین به نقطه بحرانی، و سرعت حرکت نواحی بیرونی آن به سرعت نور، تنها یک مسیر باقی می‌ماند که مجاز است. و m برای ذرات کلاسیک در لبه جهان، یعنی حرکت با سرعت نور. این بدان معنی است که مجموع تاریخچه های ذره کوچک خواهد بود، به این معنی که احتمال چنین فضای زمانی س x پس‌زمینه در کل برای تمام تاریخچه‌های فضا-زمان منحنی کم خواهد بود. یعنی کمترین احتمال را خواهند داشت.

اما سفر در زمان چه ربطی دارد سحلقه های متر دارای جهان های در حال چرخش اینشتین هستند؟ پاسخ این است که آنها از نظر ریاضی با پس زمینه های دیگری که در آنها حلقه های زمانی امکان پذیر است معادل هستند. این پس زمینه های دیگر جهان هایی هستند که در دو جهت فضایی گسترش می یابند. چنین جهان هایی در جهت سوم فضایی که دوره ای است منبسط نمی شوند. یعنی اگر مسافت مشخصی را در این مسیر طی کنید به همان جایی که شروع کرده اید می رسید. با این حال، با هر دایره در این جهت، سرعت شما در جهت اول و دوم افزایش می یابد (شکل 5.18).

اگر شتاب کم است، به طور موقت سحلقه های x وجود ندارد. با این حال، دنباله ای از پس زمینه ها را با همه b در نظر بگیرید Oافزایش بیشتر سرعت حلقه های زمانی در یک مقدار شتاب بحرانی خاص ظاهر می شوند. تعجب آور نیست که این شتاب بحرانی با سرعت بحرانی چرخش جهان های اینشتین مطابقت دارد. از آنجایی که محاسبه مجموع تاریخچه‌ها در هر دو این پس‌زمینه‌ها از نظر ریاضی معادل است، می‌توان نتیجه گرفت که با نزدیک شدن به انحنای لازم برای به دست آوردن حلقه‌های زمانی، احتمال چنین پس‌زمینه‌هایی به صفر می‌رسد. به عبارت دیگر، احتمال تاب برداشتن به اندازه کافی برای ماشین زمان صفر است. این امر آنچه را که من فرضیه دفاع گاه‌شماری می‌نامم تأیید می‌کند: قوانین فیزیک برای جلوگیری از حرکت اجسام ماکروسکوپی در زمان طراحی شده‌اند.

هر چند موقتی ساز آنجایی که حلقه ها زمانی مجاز هستند که در تاریخچه ها جمع شوند، احتمال آنها بسیار کم است. بر اساس روابط دوگانه ای که در بالا ذکر شد، احتمال اینکه کیپ تورن بتواند در زمان سفر کند و پدربزرگش را بکشد، تخمین زد: این احتمال کمتر از یک در ده به توان تریلیون تریلیون تریلیون تریلیون تریلیون بود.

این فقط یک احتمال شگفت آور کم است، اما اگر به عکس کیپ دقت کنید، متوجه یک تیرگی جزئی در اطراف لبه‌ها خواهید شد. این با احتمال ناپدید شدنی کمی مطابقت دارد که برخی از افراد سرکش از آینده به گذشته برگردند و پدربزرگش را بکشند، و بنابراین کیپ واقعاً اینجا نیست.

من و کیپ از آنجایی که قمار هستیم، می‌خواهیم روی یک ناهنجاری مانند این شرط بندی کنیم. اما مشکل این است که ما نمی توانیم این کار را انجام دهیم، زیرا در حال حاضر بر همین عقیده هستیم. و من با هیچ کس شرط نمی بندم. اگر معلوم شود که او یک بیگانه از آینده است که می داند سفر در زمان ممکن است چه؟

آیا احساس کردید که این فصل به دستور دولت برای پنهان کردن واقعیت سفر در زمان نوشته شده است؟ شاید حق با تو است.

خط جهانی مسیری در فضا-زمان چهار بعدی است. خطوط جهان مانند زمان حرکت در فضا را با حرکت طبیعی به جلو در زمان ترکیب می کنند. فقط در امتداد چنین خطوطی می توان اشیاء مادی را دنبال کرد.

محدود - داشتن ابعاد محدود.

استیون هاوکینگ

"جهان به طور خلاصه"

سرزنده و جذاب. هاوکینگ موهبتی طبیعی برای آموزش و توضیح دادن دارد و مفاهیم بسیار پیچیده را با قیاس هایی از زندگی روزمره به صورت طنز به تصویر می کشد.

نیویورک تایمز

این کتاب شگفتی های دوران کودکی را با عقل های نابغه پیوند می دهد. ما در جهان هاوکینگ سفر می کنیم که توسط قدرت ذهن او منتقل می شود.

ساندی تایمز

سرزنده و شوخ... به خواننده عام اجازه می دهد تا حقایق علمی عمیق را از منبع اصلی استخراج کند.

اهل نیویورک

استیون هاوکینگ استاد وضوح است... تصور اینکه هر کس دیگری که امروز زنده است، محاسبات ریاضی را با وضوح بیشتری ارائه کرده باشد که افراد غیر عادی را می ترساند دشوار است.

شیکاگو تریبون

احتمالاً بهترین کتاب علمی محبوب خلاصه ای استادانه از آنچه فیزیکدانان مدرن در مورد اخترفیزیک می دانند. ممنون دکتر هاوکینگ! فکر کردن در مورد کیهان و چگونگی به وجود آمدن آن

مجله ی وال استریت

در سال 1988، کتاب رکوردشکن استیون هاوکینگ، تاریخ مختصر زمان، خوانندگان سراسر جهان را با ایده های این فیزیکدان نظری قابل توجه آشنا کرد. و در اینجا یک رویداد مهم جدید است: هاوکینگ بازگشت! عاقبت بسیار مصور، جهان به طور خلاصه، اکتشافات علمی را نشان می دهد که از زمان انتشار اولین کتاب او که به طور گسترده تحسین شده است، انجام شده است.

هاوکینگ، یکی از درخشان‌ترین دانشمندان زمان ما، که نه تنها به دلیل جسارت ایده‌هایش، بلکه به دلیل وضوح و هوشمندی بیانش شناخته می‌شود، ما را به لبه‌ی برش تحقیق می‌برد، جایی که حقیقت غریب‌تر از تخیل به نظر می‌رسد. به عبارت ساده اصول حاکم بر جهان هستی. مانند بسیاری از فیزیکدانان نظری، هاوکینگ مشتاق یافتن جام مقدس علم است - نظریه همه چیز، که در پایه کیهان نهفته است. این به ما اجازه می دهد تا اسرار جهان را لمس کنیم: از ابرگرانش تا ابر تقارن، از نظریه کوانتومی تا نظریه M، از هولوگرافی تا دوگانگی. ما به یک ماجراجویی هیجان انگیز با او می رویم در حالی که او در مورد تلاش هایش برای ایجاد نظریه نسبیت عام انیشتین و ایده ریچارد فاینمن از چندین تاریخ در یک نظریه کامل یکپارچه صحبت می کند که همه چیزهایی را که در کیهان اتفاق می افتد توصیف می کند.

ما او را در سفری خارق‌العاده در فضا-زمان همراهی می‌کنیم و تصاویر رنگی باشکوه به عنوان نقاط عطفی در این سفر از طریق سرزمین عجایب سورئال عمل می‌کنند، جایی که ذرات، غشاها و ریسمان‌ها در یازده بعد حرکت می‌کنند، جایی که سیاه‌چاله‌ها تبخیر می‌شوند و اسرارشان را با خود می‌برند و جایی که دانه کیهانی که کیهان ما از آن رشد کرد یک مهره کوچک بود.

استیون هاوکینگ به جای ایزاک نیوتن و پل دیراک، دارای مدرک استادی ریاضیات لوکاسی در دانشگاه کمبریج است. او را یکی از برجسته ترین فیزیکدانان نظری پس از اینشتین می دانند.

پیشگفتار

در سال 1988، زمانی که تاریخچه مختصر زمان برای اولین بار منتشر شد، تصور این بود که نظریه نهایی همه چیز به سختی در افق ظاهر می شود. از آن زمان تا کنون وضعیت چگونه تغییر کرده است؟ آیا ما به هدفمان نزدیکتر هستیم؟ همانطور که در این کتاب خواهید آموخت، پیشرفت چشمگیر بوده است. اما این سفر همچنان ادامه دارد و پایانی در پیش نیست. همانطور که می گویند بهتر است راه را با امید ادامه دهیم تا به هدف.» جست و جوها و اکتشافات ما به خلاقیت در همه زمینه ها دامن می زند، نه فقط در علم. اگر به انتهای راه برسیم، روح انسان خواهد شد. پژمرده شویم و بمیریم اما فکر نمی‌کنم هرگز متوقف نشویم: اگر نه در عمق، به سمت پیچیدگی حرکت خواهیم کرد و همیشه در مرکز افق در حال گسترش احتمالات باقی می‌مانیم.

فصل 1. تاریخچه مختصر نسبیت

چگونه اینشتین پایه های دو نظریه بنیادی قرن بیستم را بنا نهاد: نسبیت عام و مکانیک کوانتومی

آلبرت انیشتین، خالق نظریه‌های نسبیت خاص و عام، در سال 1879 در شهر اولم آلمان به دنیا آمد، خانواده بعداً به مونیخ نقل مکان کردند، جایی که پدر دانشمند آینده، هرمان، و عمویش، یعقوب، یک شرکت کوچک و نه چندان موفق مهندسی برق. آلبرت یک کودک اعجوبه نبود، اما ادعای شکست او در مدرسه اغراق آمیز به نظر می رسد. در سال 1894، تجارت پدرش شکست خورد و خانواده به میلان نقل مکان کردند. پدر و مادرش تصمیم گرفتند تا آلبرت را تا پایان مدرسه در آلمان ترک کنند، اما او نتوانست استبداد آلمان را تحمل کند و پس از چند ماه مدرسه را رها کرد و برای پیوستن به خانواده به ایتالیا رفت. او بعداً تحصیلات خود را در زوریخ به پایان رساند و در سال 1900 از دانشگاه معتبر پلی تکنیک (ETN) دیپلم گرفت. تمایل انیشتین به مشاجره و بیزاری از مافوقش، او را از برقراری روابط با اساتید ETH باز داشت، بنابراین هیچ یک از آنها موقعیت دستیار را به او پیشنهاد نکردند، که معمولاً کار آکادمیک او را آغاز می کرد. تنها دو سال بعد، مرد جوان سرانجام توانست به عنوان یک منشی جوان در اداره ثبت اختراع سوئیس در برن شغلی پیدا کند. در این دوره، در سال 1905، او سه مقاله نوشت که نه تنها اینشتین را به یکی از دانشمندان برجسته جهان تبدیل کرد، بلکه سرآغاز دو انقلاب علمی بود - انقلاب هایی که ایده های ما را در مورد زمان، مکان و خود واقعیت تغییر دادند.