Частина 1 - коротка історія часу

Якось один відомий вчений (кажуть, це був Бертран Рассел) Новомосковскл публічну лекцію про астрономію. Він розповідав, як Земля обертається навколо Сонця, а Сонце, в свою чергу, обертається навколо центру величезного скупчення зірок, яке називають нашою Галактикою. Коли лекція підійшла до кінця, з останніх рядів залу піднялася маленька літня леді і сказала: "Все, що ви нам говорили, - нісенітниця. Насправді наш світ - це плоска тарілка, яка стоїть на спині гігантської черепахи". Поблажливо посміхнувшись, вчений запитав: "А на чому тримається черепаха?" - "Ви дуже розумні, молода людина, - відповіла старенька. - Черепаха - на інший черепасі, та - теж на черепасі, і так все нижче і нижче".

Таке уявлення про Всесвіт як про нескінченну вежі з черепах більшості з нас здасться смішним, але чому ми думаємо, що самі знаємо краще? Що нам відомо про Всесвіт, і як ми це дізналися? Звідки взялася Всесвіт, і що з нею станеться? Чи було у Всесвіті початок, а якщо було, то що відбувалося до початку? Яка сутність часу? Скінчиться воно коли-небудь? Досягнення фізики останніх років, якими ми частково зобов'язані фантастичною нової техніки, дозволяють нарешті отримати відповіді хоча б на окремі з таких давно поставлених питань. Пройде час, і ці відповіді, може бути, стануть настільки ж очевидними, як те, що Земля обертається навколо Сонця, а може бути, настільки ж безглуздими, як вежа з черепах. Тільки час (чим би воно не було) вирішить це.

Ще в 340 р до н.е. грецький філософ Аристотель у своїй книзі "Про небо" навів два вагомих доводи на користь того, що Земля не плоска тарілка, а кругла куля. По-перше, Аристотель здогадався, що місячні затемнення відбуваються тоді, коли Земля опиняється між Місяцем і Сонцем. Земля завжди відкидає на Місяць круглу тінь, а це може бути лише в тому випадку, якщо Земля має форму кулі. Будь Земля плоским диском, її тінь мала б форму витягнутого еліпса, якщо тільки затемнення не відбувається завжди саме в той момент, коли Сонце знаходиться точно на осі диска. По-друге, з досвіду своїх подорожей греки знали, що в південних районах Полярна зірка на небі розташовується нижче, ніж в північних. (Оскільки Полярна зірка знаходиться над Північним полюсом, вона буде прямо над головою спостерігача, що стоїть на Північному полюсі, а людині на екваторі здасться, що вона на лінії горизонту). Знаючи різницю в уявній положенні Полярної зірки в Єгипті та Греції, Аристотель зумів навіть вирахувати, що довжина екватора дорівнює 400 000 стадій. Що таке стадій, точно невідомо, але він близький до 200 метрам, і, отже, оцінка Аристотеля приблизно в 2 рази більше значення, прийнятого зараз. У греків був ще й третій аргумент на користь кулястої форми Землі: якщо Земля не кругла, то чому ж ми спочатку бачимо вітрила корабля, що піднімаються над горизонтом, і тільки потім сам корабель?

Аристотель думав, що Земля нерухома, а Сонце, Місяць, планети і зірки обертаються навколо неї по кругових орбітах. Він так вважав, бо відповідно до своїх містичними поглядами Землю вважав центром Всесвіту, а круговий рух - самим досконалим. Птолемей в II столітті розвинув ідею Аристотеля в повну космологічну модель. Земля стоїть в центрі, оточена вісьмома сферами, що несуть на собі Місяць, Сонце і п'ять відомих тоді планет: Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн (рис. 1.1). Самі планети, вважав Птолемей, рухаються за меншими колам, скріпленим з відповідними сферами. Це пояснювало той досить складний шлях, який, як ми бачимо, здійснюють планети. На самій останній сфері розташовуються нерухомі зірки, які, залишаючись в одному і тому ж положенні один щодо одного, рухаються по небу всі разом як єдине ціле. Що лежить за останній сферою, що не пояснювалося, але у всякому разі це вже не було частиною тієї Всесвіту, яку спостерігає людство.

Модель Птолемея дозволяла непогано передбачати положення небесних тіл на небосхилі, але для точного передбачення йому довелося прийняти, що траєкторія Місяця в одних місцях підходить до Землі в 2 рази ближче, ніж в інших! Це означає, що в одному положенні Місяць повинна здаватися в 2 рази більшою, ніж в іншому! Птолемей знав про цей недолік, але тим не менше його теорія була визнана, хоча і не скрізь. Християнська Церква прийняла птолемеевой модель Всесвіту як яка не суперечить Біблії, бо ця модель була дуже хороша тим, що залишала за межами сфери нерухомих зірок багато місця для пекла і раю. Однак в 1514 польський священик Микола Коперник запропонував ще більш просту модель. (Спочатку, побоюючись, напевно, того, що Церква оголосить його єретиком, Коперник пропагував свою модель анонімно). Його ідея полягала в тому, що Сонце стоїть нерухомо в центрі, а Земля й інші планети обертаються навколо нього по кругових орбітах. Минуло майже століття, перш ніж ідею Коперника сприйняли серйозно. Два астронома - німець Йоганн Кеплер і італієць Галілео Галілей - публічно виступили на підтримку теорії Коперника, незважаючи на те що передбачені Коперником орбіти не зовсім збігалися з спостерігаються. Теорії Арістотеля- Птолемея прийшов кінець 1609 р коли Галілей почав спостерігати нічне.

закон тяжіння, згідно з яким будь-яке тіло у Всесвіті притягається до будь-якого іншого тіла з тим більшою силою, чим більше маси цих тіл і чим менше відстань між ними. Це та сама сила, яка змушує тіла падати на землю. (Розповідь про те, що Ньютона надихнуло яблуко, яке впало йому на голову, майже напевно недостовірний. Сам Ньютон сказав про це лише те, що думка про тяжіння прийшла, коли він сидів у "споглядальному настрої", і "приводом було падіння яблука") . Далі Ньютон показав, що, згідно з її законодавством, Місяць під дією гравітаційних сил рухається по еліптичній орбіті навколо Землі, а Земля і планети обертаються по еліптичних орбітах навколо Сонця.

Модель Коперника допомогла позбавитися від птолемеевой небесних сфер, а заодно і від уявлення про те, що Всесвіт має якусь природну кордон. Оскільки "нерухомі зірки" не змінюють свого положення на небі, якщо не брати до уваги їх кругового руху, пов'язаного з обертанням Землі навколо своєї осі, природно було припустити, що нерухомі зірки це об'єкти, подібні до нашого Сонця, тільки набагато більш віддалені.

Ньютон розумів, що по його теорії тяжіння зірки повинні притягатися один до одного і тому, здавалося б, не можуть залишатися зовсім нерухомими. Чи не повинні вони впасти один на одного, зблизившись в якійсь точці? У 1691 р в листі Ричарда Бентли, ще одному видатному мислителю того часу, Ньютон говорив, що так дійсно мало б статися, якби у нас було лише кінцеве число зірок в кінцевої області простору. Але, міркував Ньютон, якщо число зірок нескінченно і вони більш-менш рівномірно розподілені по нескінченному простору, то цього ніколи не станеться, так як немає центральної точки, куди їм потрібно було б падати.

Ці міркування - приклад того, як легко потрапити в халепу, ведучи розмови про нескінченності. У нескінченного Всесвіту будь-яку точку можна вважати центром, так як по обидва боки від неї число зірок нескінченно. Лише набагато пізніше зрозуміли, що більш правильний підхід - взяти кінцеву систему, в якій всі зірки падають один на одного, прагнучи до центру, і подивитися, які будуть зміни, якщо додавати ще й ще зірок, розподілених приблизно рівномірно поза розглянутій області. Згідно із законом Ньютона додаткові зірки в середньому ніяк не вплинуть на первинні, т. Е. Зірки будуть з тією ж швидкістю падати в центр виділеної області. Скільки б зірок ми не додали, вони завжди будуть прагнути до центру. У наш час відомо, що нескінченна статична модель Всесвіту неможлива, якщо гравітаційні сили завжди залишаються силами взаємного тяжіння.