समय और ब्रह्मांड का एक संक्षिप्त इतिहास। ब्रह्मांड की संरचना - सरल शब्दों में

स्टीफन हॉकिंग

समय का संक्षिप्त इतिहास।

बिग बैंग से ब्लैक होल तक

धन्यवाद

पुस्तक जेन . को समर्पित है

1982 में हार्वर्ड में लोएब लेक्चर कोर्स देने के बाद मैंने अंतरिक्ष और समय पर एक लोकप्रिय किताब लिखने की कोशिश करने का फैसला किया। प्रारंभिक ब्रह्मांड और ब्लैक होल पर पहले से ही कुछ किताबें थीं, दोनों बहुत अच्छी थीं, जैसे स्टीवन वेनबर्ग की द फर्स्ट थ्री मिनट्स, और बहुत खराब, जिनका उल्लेख यहां करने की आवश्यकता नहीं है। लेकिन मुझे ऐसा लगा कि उनमें से किसी ने भी वास्तव में उन सवालों को नहीं छुआ जिन्होंने मुझे ब्रह्मांड विज्ञान और क्वांटम सिद्धांत का अध्ययन करने के लिए प्रेरित किया: ब्रह्मांड कहां से आया? यह कैसे और क्यों आया? क्या यह समाप्त होगा, और यदि हां, तो कैसे? ये प्रश्न हम सभी के लिए रुचिकर हैं। लेकिन आधुनिक विज्ञान गणित से बहुत संतृप्त है, और केवल कुछ विशेषज्ञ ही इसे समझने के लिए पर्याप्त जानते हैं। हालांकि, ब्रह्मांड के जन्म और आगे के भाग्य के बारे में बुनियादी विचारों को गणित की मदद के बिना इस तरह से कहा जा सकता है कि वे उन लोगों के लिए भी समझ में आते हैं जिन्होंने वैज्ञानिक शिक्षा प्राप्त नहीं की है। मैंने अपनी किताब में यही करने की कोशिश की है। यह पाठक पर निर्भर करता है कि मैं कितनी अच्छी तरह सफल हुआ हूँ।

मुझे बताया गया था कि पुस्तक में शामिल प्रत्येक सूत्र खरीदारों की संख्या को आधा कर देगा। फिर मैंने बिना फॉर्मूले के बिल्कुल भी करने का फैसला किया। सच है, अंत में मैंने एक समीकरण लिखा - प्रसिद्ध आइंस्टीन समीकरण ई = एमसी ^ 2। मुझे आशा है कि यह मेरे आधे संभावित पाठकों को नहीं डराएगा।

इस तथ्य के अलावा कि मुझे एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस हो गया, मैं लगभग हर चीज में भाग्यशाली था। मुझे अपनी पत्नी, जेन और बच्चों, रॉबर्ट, लुसी और तीमुथियुस से मिली मदद और समर्थन ने मुझे काफी सामान्य जीवन जीने और काम में सफल होने में सक्षम बनाया। मैं भी भाग्यशाली था कि मैंने सैद्धांतिक भौतिकी को चुना, क्योंकि यह सब मेरे दिमाग में फिट बैठता है। इसलिए, मेरी शारीरिक कमजोरी गंभीर माइनस नहीं बन गई। मेरे वैज्ञानिक सहयोगियों ने बिना किसी अपवाद के मुझे हमेशा अधिकतम सहायता प्रदान की है।

मेरे काम के पहले, "क्लासिक" चरण में, मेरे सबसे करीबी सहायक और सहयोगी रोजर पेनरोज़, रॉबर्ट गेरोक, ब्रैंडन कार्टर और जॉर्ज एलिस थे। मैं उनकी मदद और उनके संयुक्त कार्य के लिए उनका आभारी हूं। यह चरण "अंतरिक्ष-समय की बड़े पैमाने की संरचना" पुस्तक के प्रकाशन के साथ समाप्त हुआ, जिसे एलिस और मैंने 1973 में लिखा था (हॉकिंग एस।, एलिस जे। अंतरिक्ष-समय की बड़े पैमाने की संरचना। एम।: मीर, 1976 )

मेरे काम के दूसरे "क्वांटम" चरण के दौरान, जो 1974 में शुरू हुआ, मैंने मुख्य रूप से गैरी गिबन्स, डॉन पेज और जिम हार्टले के साथ काम किया। मैं उनके लिए और साथ ही अपने स्नातक छात्रों के लिए बहुत कुछ देता हूं, जिन्होंने मुझे "भौतिक" और शब्द के "सैद्धांतिक" अर्थों में बहुत मदद प्रदान की। स्नातक छात्रों के साथ बने रहने की आवश्यकता एक अत्यंत महत्वपूर्ण प्रोत्साहन था और, मुझे लगता है, मुझे दलदल में फंसने से रोकता है।

मेरे एक छात्र ब्रायन विट ने इस पुस्तक के साथ मेरी बहुत मदद की। 1985 में, पुस्तक की पहली, खुरदरी रूपरेखा तैयार करने के बाद, मैं निमोनिया से बीमार पड़ गया। मुझे एक ऑपरेशन से गुजरना पड़ा, और ट्रेकियोटॉमी के बाद, मैंने बात करना बंद कर दिया, और इस तरह संवाद करने की क्षमता लगभग खो गई। मुझे लगा कि मैं किताब खत्म नहीं कर पाऊंगा। लेकिन ब्रायन ने न केवल मुझे इसे संशोधित करने में मदद की, बल्कि मुझे यह भी सिखाया कि लिविंग सेंटर संचार कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग कैसे करें, जो कि वर्ड्स प्लस, इंक, सनीवेल, कैलिफ़ोर्निया के वॉल्ट वाल्टोश ने मुझे दिया था। इसके साथ, मैं किताबें और लेख लिख सकता हूं, साथ ही एक अन्य सनीवेल फर्म, स्पीच प्लस द्वारा मुझे दान किए गए भाषण सिंथेसाइज़र के माध्यम से लोगों से बात कर सकता हूं। डेविड मेसन ने मेरी व्हीलचेयर पर यह सिंथेसाइज़र और एक छोटा पर्सनल कंप्यूटर लगाया। इस प्रणाली ने सब कुछ बदल दिया: मेरी आवाज खोने से पहले मेरे लिए संवाद करना और भी आसान हो गया।

पुस्तक के प्रारंभिक संस्करणों को पढ़ने वालों में से कई लोगों के लिए, मैं इस सलाह के लिए आभारी हूं कि इसे कैसे सुधारा जा सकता है। उदाहरण के लिए, बैंटम बुक्स के मेरे संपादक पीटर गज़ार्डी ने मुझे पत्र-दर-पत्र टिप्पणियों के साथ भेजा और उन अंशों के बारे में प्रश्न जो उन्होंने सोचा था कि उन्हें खराब तरीके से समझाया गया था। सच कहूँ तो, जब मुझे अनुशंसित सुधारों की एक विशाल सूची प्राप्त हुई, तो मैं बहुत नाराज़ था, लेकिन गज़ार्डी बिल्कुल सही था। मुझे यकीन है कि किताब बेहतर हो गई क्योंकि गज़ार्डी ने मेरी नाक में दम कर दिया।

मैं अपने सहायक कॉलिन विलियम्स, डेविड थॉमस और रेमंड लाफ्लैम, मेरे सचिव जूडी फेले, एन राल्फ, चेरिल बिलिंगटन और सू मैसी और मेरी नर्सों के प्रति अपनी गहरी कृतज्ञता व्यक्त करता हूं। मैं कुछ भी हासिल नहीं कर सकता था अगर गोनविले और केयस कॉलेज, वैज्ञानिक और तकनीकी अनुसंधान परिषद, और लीवरहुल्मे, मैकआर्थर, नफिल्ड, और राल्फ स्मिथ फाउंडेशन ने वैज्ञानिक अनुसंधान और आवश्यक चिकित्सा देखभाल की सभी लागतों को ग्रहण नहीं किया था। उन सभी का मैं बहुत आभारी हूं।

प्रस्तावना

हम रहते हैं, दुनिया की संरचना में लगभग कुछ भी नहीं समझते हैं। हम इस बारे में नहीं सोचते कि कौन सा तंत्र सूर्य के प्रकाश को उत्पन्न करता है, जो हमारे अस्तित्व को सुनिश्चित करता है, हम गुरुत्वाकर्षण के बारे में नहीं सोचते हैं, जो हमें पृथ्वी पर रखता है, हमें अंतरिक्ष में गिरने से रोकता है। हम उन परमाणुओं में रुचि नहीं रखते हैं जिनसे हम बने हैं और जिनकी स्थिरता पर हम स्वयं अनिवार्य रूप से निर्भर हैं। बच्चों के अपवाद के साथ (जो अभी भी इस तरह के गंभीर प्रश्न पूछने के लिए बहुत कम जानते हैं), कुछ लोग इस बात पर पहेली करते हैं कि प्रकृति कैसी है, ब्रह्मांड कहां से आया है और क्या यह हमेशा अस्तित्व में है? क्या समय एक दिन पीछे नहीं हट सकता, ताकि कार्य कारण से पहले हो जाए? क्या मानव ज्ञान की कोई दुर्गम सीमा है? ऐसे बच्चे भी हैं (मैं उनसे मिला) जो जानना चाहते हैं कि ब्लैक होल कैसा दिखता है, पदार्थ का सबसे छोटा कण क्या है? हम अतीत को क्यों याद करते हैं और भविष्य को नहीं? यदि पहले वास्तव में अराजकता थी, तो यह कैसे हुआ कि अब एक दृश्य व्यवस्था स्थापित हो गई है? और ब्रह्मांड का अस्तित्व ही क्यों है?

हमारे समाज में, माता-पिता और शिक्षकों के लिए अपने कंधों को सिकोड़कर या धार्मिक किंवदंतियों के अस्पष्ट रूप से याद किए गए संदर्भों से मदद मांगते हुए इन सवालों का जवाब देना आम बात है। कुछ ऐसे विषय पसंद नहीं करते हैं क्योंकि वे मानवीय समझ की संकीर्णता को स्पष्ट रूप से प्रकट करते हैं।

लेकिन दर्शनशास्त्र और प्राकृतिक विज्ञान का विकास मुख्यतः इन्हीं प्रश्नों के कारण आगे बढ़ा। अधिक से अधिक वयस्क उनमें रुचि दिखा रहे हैं, और उत्तर कभी-कभी उनके लिए पूरी तरह से अप्रत्याशित होते हैं। दोनों परमाणुओं और सितारों के पैमाने में भिन्न, हम बहुत छोटी और बहुत बड़ी वस्तुओं को कवर करने के लिए अनुसंधान के क्षितिज का विस्तार करते हैं।

1974 के वसंत में, वाइकिंग अंतरिक्ष यान के मंगल की सतह पर पहुंचने से लगभग दो साल पहले, मैं अलौकिक सभ्यताओं की खोज की संभावना पर रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन द्वारा आयोजित एक सम्मेलन में इंग्लैंड में था। कॉफी ब्रेक के दौरान, मैंने देखा कि बगल के कमरे में बहुत अधिक भीड़-भाड़ वाली सभा थी, और उत्सुकतावश मैं उसमें प्रवेश कर गया। इसलिए मैं एक लंबे समय से चली आ रही रस्म का गवाह बन गया - रॉयल सोसाइटी में नए सदस्यों का प्रवेश, जो ग्रह पर वैज्ञानिकों के सबसे पुराने संघों में से एक है। आगे, व्हीलचेयर पर बैठा एक युवक एक किताब में बहुत धीरे-धीरे अपना नाम लिख रहा था, जिसके पिछले पन्नों पर आइजैक न्यूटन के हस्ताक्षर थे। जब उन्होंने अंत में हस्ताक्षर करना समाप्त किया, तो दर्शकों ने तालियों की गड़गड़ाहट की। तब स्टीफन हॉकिंग पहले से ही एक लीजेंड थे।

हॉकिंग अब कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में गणित की कुर्सी रखते हैं, एक बार न्यूटन के पास और बाद में पी. ए. एम. डिराक द्वारा, दो प्रसिद्ध शोधकर्ता जिन्होंने एक का सबसे बड़ा और दूसरे का सबसे छोटा अध्ययन किया। हॉकिंग उनके योग्य उत्तराधिकारी हैं। हॉकिपग की इस पहली लोकप्रिय पुस्तक में व्यापक दर्शकों के लिए बहुत सारी उपयोगी जानकारी है। पुस्तक न केवल इसकी सामग्री की चौड़ाई के लिए दिलचस्प है, यह आपको यह देखने की अनुमति देती है कि इसके लेखक का विचार कैसे काम करता है। इसमें आपको भौतिकी, खगोल विज्ञान, ब्रह्मांड विज्ञान और साहस की सीमाओं के बारे में स्पष्ट खुलासे मिलेंगे।

लेकिन यह भी भगवान के बारे में एक किताब है... या शायद भगवान की अनुपस्थिति के बारे में। "भगवान" शब्द अक्सर इसके पन्नों पर दिखाई देता है। हॉकिंग आइंस्टीन के प्रसिद्ध प्रश्न का उत्तर खोजने के लिए निकल पड़ते हैं कि क्या ईश्वर के पास ब्रह्मांड का निर्माण करते समय कोई विकल्प था। हॉकिंग, जैसा कि वे लिखते हैं, ईश्वर की योजना को जानने की कोशिश कर रहे हैं। सभी और अधिक आश्चर्यजनक निष्कर्ष (कम से कम अस्थायी रूप से) है जिसके लिए ये

स्टीफन हॉकिंग की पुस्तक "द ब्रीफेस्ट हिस्ट्री ऑफ टाइम" में महारत हासिल की। लेखक स्वयं कई लोगों से परिचित हो गया - यह वही शानदार भौतिक विज्ञानी है, जो व्हीलचेयर से बंधा हुआ है।

पुस्तक दिलचस्प, अच्छी तरह से लिखी गई और सुलभ है। मेरे सारांश में कल्पना को विशेष रूप से क्या प्रभावित किया:
1) यदि आप भौगोलिक मानचित्र पर दो बिंदुओं के बीच एक रूलर से एक सीधी रेखा खींचते हैं, तो यह सीधी रेखा दो बिंदुओं के बीच की सबसे छोटी दूरी नहीं होगी। सबसे छोटा एक चाप के रूप में एक वक्र होगा, जिसकी त्रिज्या पृथ्वी की त्रिज्या के बराबर होगी।
2) पदार्थ की उपस्थिति में, चार-आयामी अंतरिक्ष-समय विकृत होता है, जिससे त्रि-आयामी अंतरिक्ष में पिंडों के प्रक्षेपवक्र की वक्रता होती है। यद्यपि यह चित्रित करना कठिन है, सूर्य का द्रव्यमान अंतरिक्ष-समय को इस तरह से विकृत करता है कि पृथ्वी, चार-आयामी अंतरिक्ष-समय में सबसे छोटे पथ का अनुसरण करते हुए, हमें त्रि-आयामी अंतरिक्ष में लगभग गोलाकार कक्षा में घूमती हुई प्रतीत होती है।
3) सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत घोषित करता है कि विभिन्न गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में पर्यवेक्षकों के लिए समय की अवधि अलग है। यदि जुड़वा बच्चों में से एक पहाड़ की चोटी पर रहता है और दूसरा समुद्र के किनारे रहता है, तो पहले की उम्र दूसरे से तेज होगी।
4) यदि हम एक निश्चित समय में सिस्टम की स्थिति को जानते हैं और सिस्टम के विकास के नियमों को जानते हैं, तो हम किसी भी समय सिस्टम की स्थिति का अनुमान लगा सकते हैं। इसलिए, हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत आम तौर पर कहता है कि हम कितने भी फूले हुए हों, हम वर्तमान समय में ब्रह्मांड की स्थिति का निर्धारण नहीं कर सकते। और इसका विज्ञान के विकास के स्तर से कोई लेना-देना नहीं है। यह एक दार्शनिक सिद्धांत के करीब है - सिद्धांत रूप में, हम किसी विशेष क्षण में किसी भी प्रणाली की स्थिति को नहीं जान सकते हैं। हम किसी भी क्षण या तो कण की गति या उसके स्थान को जानते हैं। बिल्कुल दोनों में से एक, लेकिन दोनों मान एक साथ नहीं।
इसलिए, अपने आप को समेट लें - हमारे ब्रह्मांड में कोई भी भविष्यवाणी सिद्धांत रूप में असंभव है। विशुद्ध दार्शनिक दृष्टि से। कोई भी।
5) अगर हम दीवार में एक इलेक्ट्रॉन भेजते हैं, और उसके रास्ते में दो स्लिट्स डालते हैं, तो यह एक ही बार में दोनों स्लिट्स से होकर गुजरेगा। प्रतिबिंब के लिए रुकें। सामान्य तौर पर, एक इलेक्ट्रॉन एक ही समय में सभी संभावित स्थितियों में हो सकता है। क्योंकि जीव इतना छोटा है कि वह कण ही नहीं, जब चाहे, तो लहर भी है। एक परमाणु की विशिष्ट कक्षाओं के लिए एक इलेक्ट्रॉन का बंधन ठीक इस तथ्य से जुड़ा है कि यह इन कक्षाओं में है कि इलेक्ट्रॉन स्वयं के साथ हस्तक्षेप नहीं करता है, अर्थात। स्वयं नहीं बुझता। एक बार फिर - एक इलेक्ट्रॉन, एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर उड़ान भरता है, एक ही बार में सभी संभावित प्रक्षेपवक्रों के साथ उड़ता है। वास्तव में, वह एक ही समय में अंतरिक्ष में सभी बिंदुओं पर होने में सक्षम है, और केवल वहीं नहीं है, जहां वह स्वयं के साथ हस्तक्षेप करता है।
6) विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक रूप से, अतीत की समय यात्रा संभव है। सापेक्षता के सिद्धांत के समीकरणों के हल से पता चलता है कि हाँ, ऐसा है। एक बात - समय में वापस यात्रा करने के लिए, आपको निश्चित रूप से प्रकाश की गति से तेज चलना चाहिए। और इसके विपरीत - अतीत में एक साथ गति के बिना प्रकाश की गति से तेज गति असंभव है।
जो लोग जानते हैं कि प्रकाश की गति से तेज चलना असंभव है, वे राहत की सांस लेते हैं। लेकिन एक और समस्या है - विशुद्ध रूप से, फिर से, काल्पनिक रूप से, प्रकाश की गति से तेज यात्रा करना भी संभव है। स्पेस-टाइम में वर्महोल्स के अस्तित्व की स्थिति में संभव है। और लानत समीकरण बताते हैं कि हाँ, ऐसे छेद मौजूद हो सकते हैं। और अगर वे कर सकते हैं, तो वे कहीं मौजूद हैं।
7) नवीनतम सिद्धांत जो विज्ञान में नवीनतम खोजों का वर्णन करता है और उनका अनुमान लगाता है - यह स्ट्रिंग सिद्धांत है। कुछ खास नहीं, बस इस सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई हर चीज की पुष्टि एक के बाद एक प्रयोगों से होती है। और यह वास्तव में तनावपूर्ण है। यह कष्टप्रद है, क्योंकि स्ट्रिंग सिद्धांत एक छोटे से कथन को एक धारणा के रूप में लेता है - हम चार-आयामी दुनिया में नहीं रहते हैं, बल्कि एक 26-आयामी दुनिया में रहते हैं। इसके अलावा, 4 आयाम तैनात हैं, और हम उनके साथ आगे बढ़ सकते हैं, और 22 और एक बिंदु में मुड़े हुए हैं। भौतिक विज्ञानी खुशी-खुशी इस सिद्धांत का परित्याग कर देंगे, लेकिन गणित के संदर्भ में इससे अधिक बोधगम्य कुछ भी अभी तक आविष्कार नहीं हुआ है, और प्रयोग इस सिद्धांत के आधार पर की गई भविष्यवाणियों से पूरी तरह मेल खाते हैं।

सामान्य तौर पर, मुझे ऐसा लगता है कि हमारा ब्रह्मांड, उस इलेक्ट्रॉन की तरह, सभी राज्यों में एक साथ रहने में सक्षम है, उन राज्यों के अपवाद के साथ जिनमें यह स्वयं के साथ हस्तक्षेप करता है। और अब मैं एक साथ क्रास्नोडार में और मास्को में और अल्फा सेंटौरी में हूं। और साथ ही, मैं बिल्कुल भी नहीं हूं। लेकिन एंटा का विचार स्पष्ट रूप से एक अलग गूढ़ दार्शनिक पुस्तक में चबाने योग्य है।

स्टीफन हॉकिंग

समय का संक्षिप्त इतिहास।

बिग बैंग से ब्लैक होल तक

धन्यवाद

पुस्तक जेन . को समर्पित है

प्रस्तावना

स्टीफन हॉकिंग, लियोनार्ड म्लोडिनोव

समय का सबसे छोटा इतिहास

प्रस्तावना

केवल चार अक्षर इस पुस्तक के शीर्षक को उस शीर्षक से अलग करते हैं जो पहली बार 1988 में प्रकाशित हुआ था। समय का एक संक्षिप्त इतिहास संडे टाइम्स की बेस्टसेलर सूची में 237 सप्ताह तक बना रहा, और हमारे ग्रह के प्रत्येक 750 वें निवासी, वयस्क या बच्चे ने इसे खरीदा। आधुनिक भौतिकी में सबसे कठिन समस्याओं से निपटने वाली पुस्तक के लिए एक उल्लेखनीय सफलता। हालांकि, ये न केवल सबसे कठिन हैं, बल्कि सबसे रोमांचक समस्याएं भी हैं, क्योंकि वे हमें मूलभूत प्रश्नों से संबोधित करते हैं: हम वास्तव में ब्रह्मांड के बारे में क्या जानते हैं, हमने यह ज्ञान कैसे प्राप्त किया, ब्रह्मांड कहां से आया और कहां है जा रहा है? ये प्रश्न ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम का मुख्य विषय बने और इस पुस्तक का फोकस बने। ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम के प्रकाशन के एक साल बाद, दुनिया भर के सभी उम्र और व्यवसायों के पाठकों से प्रतिक्रियाएं आने लगीं। उनमें से कई ने इच्छा व्यक्त की कि पुस्तक का एक नया संस्करण प्रकाशित किया जाएगा, जो समय के संक्षिप्त इतिहास के सार को बनाए रखते हुए, सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाओं को सरल और अधिक मनोरंजक तरीके से समझाएगा। हालांकि कुछ लोगों को लगता था कि यह समय का एक लंबा इतिहास होगा, पाठकों की प्रतिक्रिया अचूक थी: उनमें से बहुत कम लोग ऐसे विशाल ग्रंथ से परिचित होने के लिए उत्सुक हैं जो ब्रह्मांड विज्ञान में विश्वविद्यालय के पाठ्यक्रम के स्तर पर विषय को निर्धारित करता है। इसलिए, समय के सबसे छोटे इतिहास पर काम करते हुए, हमने पहली पुस्तक के मौलिक सार को बनाए रखा और उसका विस्तार भी किया, लेकिन साथ ही साथ इसकी मात्रा और प्रस्तुति की पहुंच को अपरिवर्तित छोड़ने की कोशिश की। यह वास्तव में है कम से कमइतिहास, चूंकि हमने कुछ विशुद्ध रूप से तकनीकी पहलुओं को छोड़ दिया है, हालांकि, जैसा कि हमें लगता है, यह अंतर उस सामग्री के गहन उपचार से अधिक है जो वास्तव में पुस्तक का मूल है।

हमने जानकारी को अद्यतन करने और पुस्तक में नवीनतम सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक डेटा शामिल करने का अवसर भी लिया। समय का सबसे छोटा इतिहास उस प्रगति का वर्णन करता है जो हाल के दिनों में एक पूर्ण एकीकृत सिद्धांत की दिशा में हुई है। विशेष रूप से, यह स्ट्रिंग सिद्धांत, तरंग-कण द्वैत के नवीनतम प्रावधानों से संबंधित है और विभिन्न भौतिक सिद्धांतों के बीच संबंध को प्रकट करता है, यह दर्शाता है कि एक एकीकृत सिद्धांत मौजूद है। जहां तक व्यावहारिक शोध का सवाल है, पुस्तक में प्राप्त नवीनतम टिप्पणियों के महत्वपूर्ण परिणाम हैं, विशेष रूप से, COBE (कॉस्मिक बैकग्राउंड एक्सप्लोरर) उपग्रह और हबल स्पेस टेलीस्कोप की मदद से।

अध्याय एक

ब्रह्मांड के बारे में सोचना

हम एक अजीब और अद्भुत ब्रह्मांड में रहते हैं। उसकी उम्र, आकार, रोष और यहां तक कि सुंदरता की सराहना करने के लिए असाधारण कल्पना की आवश्यकता होती है। इस असीम ब्रह्मांड में लोगों द्वारा कब्जा किया गया स्थान महत्वहीन लग सकता है। और फिर भी हम यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि यह पूरी दुनिया कैसे काम करती है और हम इंसान इसमें कैसे दिखते हैं।

कई दशक पहले, एक प्रसिद्ध वैज्ञानिक (कुछ का कहना है कि यह बर्ट्रेंड रसेल था) ने खगोल विज्ञान पर एक सार्वजनिक व्याख्यान दिया था। उन्होंने कहा कि पृथ्वी सूर्य के चारों ओर घूमती है, और बदले में, यह हमारी आकाशगंगा नामक एक विशाल तारा प्रणाली के केंद्र के चारों ओर घूमती है। व्याख्यान के अंत में, पीछे बैठी एक छोटी बूढ़ी औरत उठ खड़ी हुई और बोली:

आप हमें यहां पूरी बकवास बता रहे हैं। वास्तव में, दुनिया एक विशाल कछुए की पीठ पर टिकी हुई एक सपाट पटिया है।

श्रेष्ठता की भावना से मुस्कुराते हुए वैज्ञानिक ने पूछा:

कछुआ किस पर खड़ा है?

तुम बहुत होशियार युवक हो, बहुत, ”बूढ़ी औरत ने उत्तर दिया। - वह एक और कछुए पर खड़ी है, और इसी तरह, एड इनफिनिटम!

आज, अधिकांश लोगों को ब्रह्मांड की यह तस्वीर, कछुओं की यह कभी न खत्म होने वाली मीनार, बहुत मज़ेदार लगेगी। लेकिन क्या हमें लगता है कि हम और अधिक जानते हैं?

एक पल के लिए भूल जाओ कि तुम क्या जानते हो - या लगता है कि तुम जानते हो - अंतरिक्ष के बारे में। रात के आसमान में टकटकी लगाए। ये सभी चमकदार बिंदु आपको क्या लगते हैं? शायद यह छोटी रोशनी है? हमारे लिए यह अनुमान लगाना कठिन है कि वे वास्तव में क्या हैं, क्योंकि यह वास्तविकता हमारे दैनिक अनुभव से बहुत दूर है।

यदि आप अक्सर रात के आकाश को देखते हैं, तो आपने शायद गोधूलि में क्षितिज के ठीक ऊपर प्रकाश की एक झलक देखी होगी। यह बुध ग्रह है, जो हमसे बहुत अलग ग्रह है। बुध पर एक दिन अपने वर्ष के दो-तिहाई समय तक रहता है। धूप की ओर, तापमान 400 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है, और रात के अंधेरे में यह लगभग -200 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है।

लेकिन बुध हमारे ग्रह से कितना भी अलग क्यों न हो, एक साधारण तारे की कल्पना करना और भी मुश्किल है - एक विशाल नरक जो हर सेकंड लाखों टन पदार्थ को जलाता है और केंद्र में लाखों डिग्री तक गर्म होता है।

एक और चीज जो मेरे सिर को चारों ओर लपेटना मुश्किल है, वह है ग्रहों और सितारों की दूरी। प्राचीन चीनियों ने उन्हें करीब से देखने के लिए पत्थर की मीनारें बनाईं। यह सोचना बिल्कुल स्वाभाविक है कि तारे और ग्रह वास्तव में जितने हैं, उससे कहीं अधिक करीब हैं, क्योंकि रोजमर्रा की जिंदगी में हम कभी भी विशाल ब्रह्मांडीय दूरियों के संपर्क में नहीं आते हैं।

ये दूरियां इतनी अधिक हैं कि इन्हें सामान्य इकाइयों - मीटर या किलोमीटर में व्यक्त करने का कोई मतलब नहीं है। इसके बजाय प्रकाश वर्ष का उपयोग किया जाता है (एक प्रकाश वर्ष वह पथ है जो प्रकाश एक वर्ष में यात्रा करता है)। एक सेकंड में प्रकाश की किरण 300,000 किलोमीटर की यात्रा करती है, इसलिए एक प्रकाश वर्ष बहुत लंबी दूरी है। हमसे (सूर्य के बाद) निकटतम तारा - प्रॉक्सिमा सेंटॉरी - लगभग चार प्रकाश वर्ष दूर है। यह इतनी दूर है कि वर्तमान में डिजाइन किया जा रहा सबसे तेज अंतरिक्ष यान लगभग दस हजार वर्षों तक इसके लिए उड़ान भरेगा। प्राचीन काल में भी, लोगों ने ब्रह्मांड की प्रकृति को समझने की कोशिश की, लेकिन उनके पास वह संभावनाएं नहीं थीं जो आधुनिक विज्ञान, विशेष रूप से गणित में, खुलती हैं। आज हमारे पास शक्तिशाली उपकरण हैं: मानसिक, जैसे गणित और अनुभूति की वैज्ञानिक पद्धति, और तकनीकी उपकरण, जैसे कंप्यूटर और दूरबीन। इनकी मदद से वैज्ञानिकों ने एक साथ अंतरिक्ष के बारे में भारी मात्रा में जानकारी जुटाई है। लेकिन हम वास्तव में ब्रह्मांड के बारे में क्या जानते हैं, और हम इसे कैसे जानते हैं? वह कहां से आई थी? यह किस दिशा में विकसित हो रहा है? क्या इसकी शुरुआत हुई थी, और अगर हुई तो क्या थी? इससे पहलेउसका? समय की प्रकृति क्या है? क्या यह खत्म होगा? क्या समय पर वापस जाना संभव है? हाल की प्रमुख भौतिक खोजें, नई तकनीकों के लिए धन्यवाद, इनमें से कुछ सदियों पुराने सवालों के जवाब देती हैं। शायद किसी दिन ये उत्तर सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की परिक्रमा के रूप में स्पष्ट हो जाएंगे - या शायद कछुओं के टॉवर के रूप में उत्सुक होंगे। केवल समय (जो कुछ भी है) बताएगा।

स्टीफन हॉकिंग की "ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम" किस बारे में है?

खुले स्रोतों से

आज, 14 मार्च, प्रसिद्ध अंग्रेजी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी स्टीफन हॉकिंग का 77 वर्ष की आयु में निधन हो गया। साइट उनकी लोकप्रिय विज्ञान पुस्तक "ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम: फ्रॉम द बिग बैंग टू ब्लैक होल्स" (1988) का एक सार प्रकाशित करती है, जो बेस्टसेलर बन गई।

उत्कृष्ट अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी स्टीफन हॉकिंग की पुस्तक "ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम: फ्रॉम द बिग बैंग टू ब्लैक होल्स" आइंस्टीन के प्रश्न का उत्तर खोजने के लिए समर्पित है: "जब उन्होंने ब्रह्मांड का निर्माण किया तो भगवान के पास क्या विकल्प था?" चेतावनी दी कि पुस्तक में शामिल प्रत्येक सूत्र खरीदारों की संख्या को आधा कर देगा, हॉकिंग सुलभ भाषा में गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम सिद्धांत के विचारों को बताता है - भौतिकी का एक अधूरा क्षेत्र जो सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी को जोड़ता है।

पुस्तक ब्रह्मांड के बारे में मानव विचारों के विकास के बारे में एक कहानी के साथ शुरू होती है: अरस्तू और टॉलेमी की भूगर्भीय प्रणाली के खगोलीय क्षेत्रों से इस अहसास तक कि सूर्य एक सर्पिल की भुजा में मध्यम आकार का एक साधारण पीला तारा है। आकाशगंगा - ब्रह्मांड के देखने योग्य भाग में सैकड़ों अरबों अन्य आकाशगंगाओं के बीच। अन्य आकाशगंगाओं में सितारों के स्पेक्ट्रा के रेडशिफ्ट की खोज का मतलब था कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा था, और इससे बिग बैंग परिकल्पना हुई: दस या बीस अरब साल पहले, ब्रह्मांड में सभी वस्तुएं एक ही स्थान पर हो सकती थीं, जिसमें असीम रूप से उच्च घनत्व (विलक्षण बिंदु)।

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बिग बैंग समय की शुरुआत है। इस सवाल का कोई जवाब नहीं है कि बिग बैंग से पहले क्या था, क्योंकि वैज्ञानिक कानून विलक्षणता के बिंदु पर काम करना बंद कर देते हैं; भविष्य की भविष्यवाणी करने की क्षमता खो जाती है, और इसलिए, अगर कुछ "पहले" हुआ, तो यह किसी भी तरह से वर्तमान घटनाओं को प्रभावित नहीं करेगा। बिग बैंग के बाद, दो परिदृश्य संभव हैं: या तो ब्रह्मांड का विस्तार हमेशा के लिए जारी रहेगा, या यह किसी बिंदु पर रुक जाएगा और संकुचन चरण में चला जाएगा, जो कि विलक्षणता की वापसी के साथ समाप्त होगा - बिग बैंग। यह स्पष्ट नहीं है कि कौन सा विकल्प साकार होगा - यह आकाशगंगाओं और ब्रह्मांड के पदार्थ के कुल द्रव्यमान के बीच की दूरी पर निर्भर करता है, और इन मात्राओं का ठीक-ठीक पता नहीं है।

ब्रह्मांड में बिग बैंग के बाद भी विलक्षणताएं हो सकती हैं। तारा, परमाणु ईंधन का उपयोग करने के बाद, सिकुड़ने लगता है, और पर्याप्त रूप से बड़े द्रव्यमान के साथ, यह ब्लैक होल में बदलकर गुरुत्वाकर्षण के पतन का विरोध नहीं कर सकता है। तो, अंग्रेजी गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी रोजर पेनरोज़ ने दिखाया कि एक तारे का आयतन शून्य हो जाता है, और उसके पदार्थ का घनत्व और अंतरिक्ष-समय की वक्रता - अनंत तक। दूसरे शब्दों में, ब्लैक होल स्पेसटाइम में एक विलक्षणता है।

समय की दिशा को उलट कर पेनरोज़ और हॉकिंग ने साबित कर दिया कि यदि सामान्य सापेक्षता (जीआर) सही है, तो बिग बैंग पॉइंट मौजूद होना चाहिए। तो बिग बैंग परिकल्पना एक गणितीय प्रमेय बन गई, और सामान्य सापेक्षता स्वयं अधूरी निकली: इसके नियमों का उल्लंघन विलक्षणता के बिंदु पर किया जाता है। यह आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि सामान्य सापेक्षता एक शास्त्रीय सिद्धांत है, और एक विलक्षणता के पास अंतरिक्ष के एक छोटे से क्षेत्र में, क्वांटम प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं। इस प्रकार, ब्लैक होल और प्रारंभिक ब्रह्मांड के अध्ययन के लिए क्वांटम यांत्रिकी की भागीदारी और एक एकीकृत सिद्धांत के निर्माण की आवश्यकता होती है - गुरुत्वाकर्षण का क्वांटम सिद्धांत।

माइक्रोवर्ल्ड की घटनाओं से निपटते हुए, क्वांटम यांत्रिकी सामान्य सापेक्षता से स्वतंत्र रूप से विकसित हुई। क्वांटम भौतिकी में, विभिन्न प्रकार की अंतःक्रियाओं के संयोजन में कुछ अनुभव संचित किया गया है। इसलिए, विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रियाओं को एक सिद्धांत में जोड़ना संभव था। अर्थात्, यह पता चला है कि विद्युत चुम्बकीय संपर्क (वर्चुअल फोटॉन) के वाहक और कमजोर बातचीत (वेक्टर बोसॉन) के वाहक एक कण की प्राप्ति हैं और लगभग 100 GeV की ऊर्जा पर एक दूसरे से अप्रभेद्य हो जाते हैं। भव्य एकीकरण के सिद्धांत भी हैं, अर्थात्, इलेक्ट्रोवेक का एकीकरण और मजबूत अंतःक्रियाएं (हालांकि, भव्य एकीकरण की ऊर्जा प्राप्त करने और इन सिद्धांतों का परीक्षण करने के लिए, सौर मंडल के आकार के त्वरक की आवश्यकता होती है)।

इन सभी सिद्धांतों में गुरुत्वाकर्षण शामिल नहीं है, क्योंकि यह प्राथमिक कणों के लिए बहुत छोटा है। हालांकि, विलक्षणता बिंदु पर, गुरुत्वाकर्षण बल, अंतरिक्ष-समय की वक्रता के साथ, अनंत की ओर प्रवृत्त होते हैं, जिससे क्वांटम यांत्रिक और गुरुत्वाकर्षण प्रभावों का संयुक्त विचार अपरिहार्य हो जाता है। इससे निम्नलिखित आश्चर्यजनक परिणाम प्राप्त होते हैं।

पेनरोज़-हॉकिंग प्रमेय के अनुसार, ब्लैक होल में गिरना अपरिवर्तनीय है। लेकिन, जैसा कि ज्ञात है, किसी भी अपरिवर्तनीय प्रक्रिया के साथ एन्ट्रापी में वृद्धि होती है। क्या ब्लैक होल में एन्ट्रापी होती है?

हॉकिंग ने नोट किया कि ब्लैक होल के घटना क्षितिज का क्षेत्र समय के साथ कम नहीं होता है (और जब पदार्थ ब्लैक होल में गिरता है तो बढ़ जाता है), यानी इसमें एन्ट्रापी के सभी गुण होते हैं। उनके अमेरिकी सहयोगी बिकेंस्टीन ने ब्लैक होल के घटना क्षितिज के क्षेत्र को इसकी एन्ट्रापी के माप के रूप में मानने का प्रस्ताव रखा है। हॉकिंग का तर्क है कि, एन्ट्रापी होने पर, एक ब्लैक होल का तापमान होना चाहिए और इसलिए विकिरण होना चाहिए - ब्लैक होल की परिभाषा के विपरीत! - लेकिन बाद में वह खुद इस विकिरण के तंत्र का पता लगाता है।

विकिरण का स्रोत ब्लैक होल के पास का निर्वात है, जिसमें क्वांटम ऊर्जा के उतार-चढ़ाव के कारण कण-प्रतिकण जोड़े पैदा होते हैं। जोड़ी के एक सदस्य में सकारात्मक ऊर्जा है, दूसरे में नकारात्मक ऊर्जा है (इसलिए योग शून्य है); नकारात्मक ऊर्जा वाला एक कण ब्लैक होल में गिर सकता है, और सकारात्मक ऊर्जा वाला एक कण अपने आसपास के क्षेत्र को छोड़ सकता है। सकारात्मक ऊर्जा के कणों का प्रवाह ब्लैक होल का विकिरण है; नकारात्मक ऊर्जा वाले कण इसके द्रव्यमान को कम करते हैं - ब्लैक होल "वाष्पीकरण" करता है और अंततः गायब हो जाता है, इसके साथ विलक्षणता लेता है। इसमें, हॉकिंग क्वांटम यांत्रिकी की मदद से सामान्य सापेक्षता में विलक्षणताओं को समाप्त करने की संभावना का पहला संकेत देखता है और सवाल पूछता है: क्या क्वांटम यांत्रिकी का "बड़ी" विलक्षणताओं पर समान प्रभाव पड़ेगा, अर्थात क्वांटम यांत्रिकी बिग को समाप्त कर देगा बैंग और बिग बैंग विलक्षणताएँ?

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सापेक्षता का शास्त्रीय सामान्य सिद्धांत कोई विकल्प नहीं छोड़ता है: विस्तारित ब्रह्मांड एक विलक्षणता से पैदा होता है, और प्रारंभिक स्थितियां अज्ञात हैं (जीआर "सृजन के क्षण" में काम नहीं करता है)। प्रारंभिक क्षण में, ब्रह्मांड का आदेश दिया जा सकता है और सजातीय हो सकता है, या यह काफी अराजक हो सकता है। हालांकि, विकास की आगे की प्रक्रिया अनिवार्य रूप से अंतरिक्ष-समय की इस सीमा की स्थितियों पर निर्भर करती है। फेनमैन पद्धति का उपयोग करते हुए, ब्रह्मांड के विकास के विभिन्न "प्रक्षेपवक्रों" पर सारांश, हॉकिंग, गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम सिद्धांत के ढांचे के भीतर, विलक्षणता का एक विकल्प प्राप्त करता है: अंतरिक्ष-समय परिमित है और रूप में एकवचन नहीं है एक सीमा या किनारे का (यह पृथ्वी की सतह के समान है, लेकिन केवल चार आयामों में)। और चूंकि कोई सीमा नहीं है, इस पर प्रारंभिक शर्तों की कोई आवश्यकता नहीं है, अर्थात, नए कानूनों को पेश करने की कोई आवश्यकता नहीं है जो प्रारंभिक ब्रह्मांड के व्यवहार को निर्धारित करते हैं (या भगवान की सहायता का सहारा लेते हैं)। तब ब्रह्मांड "... बनाया नहीं गया होगा, इसे नष्ट नहीं किया जा सकता है। यह बस मौजूद होगा।"

परमेश्वर का विषय पूरी पुस्तक में मौजूद है; संक्षेप में, हॉकिंग भगवान के साथ चर्चा कर रहे हैं। यहाँ एक उद्धरण है जो इस चर्चा को एक तरह से सारांशित करता है।

"इस विचार से कि अंतरिक्ष और समय एक बंद सतह बनाते हैं, ब्रह्मांड के जीवन में ईश्वर की भूमिका के संबंध में भी बहुत महत्वपूर्ण परिणाम हैं। घटनाओं का वर्णन करने में वैज्ञानिक सिद्धांतों द्वारा प्राप्त सफलताओं के संबंध में, अधिकांश वैज्ञानिक विश्वास करने आए हैं कि भगवान ब्रह्मांड को कानूनों की एक निश्चित प्रणाली के अनुसार विकसित करने की अनुमति देता है और इसके विकास में हस्तक्षेप नहीं करता है, इन कानूनों का उल्लंघन नहीं करता है। लेकिन कानून हमें इस बारे में कुछ नहीं बताते हैं कि ब्रह्मांड पहली बार प्रकट होने पर कैसा दिखता था - घुमावदार घड़ी और शुरुआत चुनना अभी भी भगवान का काम हो सकता है। हम मानते हैं कि ब्रह्मांड की शुरुआत हुई थी, हम सोच सकते हैं कि इसका एक निर्माता था। यदि ब्रह्मांड वास्तव में पूरी तरह से बंद है और इसकी कोई सीमा या किनारा नहीं है, तो इसकी कोई सीमा नहीं होनी चाहिए शुरुआत और अंत नहीं: बस यही है और बस! क्या फिर सृष्टिकर्ता के लिए जगह है?"

यहाँ आइंस्टीन के प्रश्न का उत्तर दिया गया है: ईश्वर को प्रारंभिक शर्तों को चुनने की कोई स्वतंत्रता नहीं थी।

फेनमैन प्रक्षेपवक्र पर संक्षेप में, अंतरिक्ष-समय की कोई सीमा नहीं मानते हुए, हॉकिंग ने पाया कि ब्रह्मांड को अपनी वर्तमान स्थिति में, उच्च संभावना के साथ, सभी दिशाओं में समान रूप से तेजी से विस्तार करना चाहिए, आइसोट्रोपिक सीएमबी पृष्ठभूमि के अवलोकन के साथ। इसके अलावा, चूंकि समय की उत्पत्ति स्थान और समय का एक सहज, नियमित बिंदु है, ब्रह्मांड एक सजातीय, व्यवस्थित अवस्था से विकसित होना शुरू हुआ। यह प्रारंभिक क्रम समय के थर्मोडायनामिक तीर की उपस्थिति की व्याख्या करता है, जो उस समय की दिशा को दर्शाता है जिसमें ब्रह्मांड का विकार (एन्ट्रॉपी) बढ़ता है।

पुस्तक के अंतिम भाग में, हॉकिंग ने स्ट्रिंग सिद्धांत का वर्णन किया है, जो सभी भौतिकी को एकीकृत करने का दावा करता है। यह सिद्धांत कणों से नहीं, बल्कि एक-आयामी तार जैसी वस्तुओं से संबंधित है। कणों की व्याख्या तारों के कंपन, कणों के उत्सर्जन और अवशोषण के रूप में की जाती है - तारों के टूटने और कनेक्शन के रूप में। हालांकि, स्ट्रिंग सिद्धांत केवल 10-आयामी या 26-आयामी रिक्त स्थान में विरोधाभास नहीं करता है। शायद, ब्रह्मांड के विकास के दौरान, हमारे अंतरिक्ष-समय के केवल चार निर्देशांक "घूम गए", जबकि बाकी नगण्य रूप से छोटे आकार के स्थान में तब्दील हो गए।

यह क्यों होता है? हॉकिंग तथाकथित मानवशास्त्रीय सिद्धांत के दृष्टिकोण से उत्तर देते हैं: अन्यथा ऐसा प्रश्न पूछने में सक्षम बुद्धिमान प्राणियों के विकास के लिए स्थितियां उत्पन्न नहीं होतीं। वास्तव में, अंतरिक्ष के एक छोटे आयाम के मामले में, विकास मुश्किल है: उदाहरण के लिए, दो-आयामी प्राणी के शरीर में कोई भी मार्ग इसे दो भागों में विभाजित करता है। उच्च आयामों के रिक्त स्थान में, गुरुत्वाकर्षण आकर्षण का नियम अलग होगा, और ग्रहों की कक्षाएँ अस्थिर हो जाएँगी ("फिर हम या तो जम जाएंगे या जल जाएंगे")। बेशक, अन्य ब्रह्मांड भी संभव हैं, विभिन्न संख्या में प्रकट निर्देशांक के साथ, "... लेकिन ऐसे क्षेत्रों में कोई भी बुद्धिमान प्राणी नहीं होगा जो इस तरह के सक्रिय आयामों को देख सके।"

हॉकिंग ब्रह्मांड का वर्णन करने वाले एकीकृत सिद्धांत के निर्माण की संभावनाओं के बारे में आशावादी हैं। ईश्वर से सृष्टि के कार्य को छीनकर, वह ईश्वर को उसके नियमों के निर्माता की भूमिका सौंपता है। जब एक गणितीय मॉडल बनाया जाता है, तो यह सवाल बना रहता है कि ब्रह्मांड, इस मॉडल के अधीन, अस्तित्व में क्यों है। नए सिद्धांतों के निर्माण की आवश्यकता से बंधे नहीं, वैज्ञानिक इसके अध्ययन की ओर रुख करेंगे। "और अगर इस तरह के प्रश्न का उत्तर मिल जाता है, तो यह मानव मन की पूर्ण विजय होगी, क्योंकि तब हम ईश्वर की योजना को समझ पाएंगे।"

इगोर याकोवले द्वारा तैयार स्टीफन हॉकिंग की पुस्तक "ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम" का सार

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