Предисловие – отр. № 1
1. Наше представление о Вселенной – отр. № 8
2. Пространство и время – отр. № 65
3. Расширяющаяся Вселенная – отр. № 135
4. Принцип неопределенности – отр. № 207
5. Элементарные частицы и силы в природе – отр. № 243
6. Черные дыры – отр. № 316
7. Черные дыры не так уж черны – отр. № 388
8. Рождение и гибель Вселенной – отр. № 443
9. Стрела времени – отр. № 562
10. Объединение физики – отр. № 608
11. Заключение – отр. № 674
Великие физики – отр. № 695
Послесловие – отр. № 720

2
Августин Блаженный (354–430) – богослов, Отец Церкви, родоначальник христианской философии истории. – Ред.
3
1 миля = 1,609 км. Современное значение скорости света равно 299 792 458 м/с. – Пер.
4
Оккам, Уильям (ок. 1285–1349) – английский философ. Суть принципа «бритвы Оккама»: понятия, не поддающиеся проверке в опыте, должны быть удалены из науки. – Ред.
5
Слово quark Гелл-Манн заимствовал из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану»: «Три кварка для мистера Марка!»
6
Англ. spin – вращаться, крутиться.
7
Англ. confinement – ограничение, удержание.
8
Philosophical transactions of the Royal Society of London.
9
1/100 000 000 000 000 000.

Книга посвящается Джейн
Я решил попробовать написать популярную книгу о пространстве и времени после того, как прочитал в 1982 г. курс Лёбовских лекций в Гарварде. Тогда уже было немало книг, посвященных ранней Вселенной и черным дырам, как очень хороших, например книга Стивена Вайнберга «Первые три минуты», так и очень плохих, которые здесь незачем называть. Но мне казалось, что ни в одной из них фактически не затрагиваются те вопросы, которые побудили меня заняться изучением космологии и квантовой теории: откуда взялась Вселенная? как и почему она возникла? придет ли ей конец, а если придет, то как? Эти вопросы интересуют всех нас. Но современная наука очень насыщена математикой, и лишь немногочисленные специалисты достаточно владеют последней, чтобы разобраться в этом. Однако основные представления о рождении и дальнейшей судьбе Вселенной можно изложить и без помощи математики так, что они станут понятны даже людям, не получившим научного образования. Это я и пытался сделать в моей книге. Читателю судить о том, насколько я преуспел.
Мне сказали, что каждая включенная в книгу формула вдвое уменьшит число покупателей. Тогда я решил вообще обходиться без формул. Правда, в конце я все-таки написал одно уравнение — знаменитое уравнение Эйнштейна Е=mc^2. Надеюсь, оно не отпугнет половину моих потенциальных читателей.
Если не считать того, что я заболел боковым амиотрофическим склерозом, то почти во всем остальном мне сопутствовала удача. Помощь и поддержка, которые мне оказывали моя жена Джейн и дети Роберт, Люси и Тимоти, обеспечили мне возможность вести довольно-таки нормальный образ жизни и добиться успехов в работе. Мне повезло и в том, что я выбрал теоретическую физику, ибо она вся вмещается в голове. Поэтому моя физическая немощь не стала серьезным минусом. Мои научные коллеги, все без исключения, оказывали мне всегда максимальное содействие.
На первом, «классическом» этапе моей работы моими ближайшими помощниками и сотрудниками были Роджер Пенроуз, Роберт Герок, Брендон Картер и Джордж Эллис. Я благодарен им за помощь и за совместную работу. Этот этап завершился изданием книги «Крупномасштабная структура пространства-времени», которую мы с Эллисом написали в 1973 г. (Хокинг С., Эллис Дж. Крупномасштабная структура пpoстранства-времени. M.: Мир, 1976).
Я бы не советовал читающим следующие далее страницы обращаться к ней за дополнительной информацией: она перегружена математикой и тяжела для чтения. Надеюсь, что с тех пор я научился писать более доступно.
На втором, «квантовом» этапе моей работы, начавшемся в 1974 г., я в основном работал с Гари Гиббонсом, Доном Пэйджем и Джимом Хартлом. Я очень многим им обязан, как и своим аспирантам, которые оказывали мне огромную помощь и в «физическом», и в «теоретическом» смысле этого слова. Необходимость не отставать от аспирантов была чрезвычайно важным стимулом и, как мне кажется, не позволяла мне застрять в болоте.
В работе над книгой мне очень много помогал Брайен Уитт, один из моих студентов. В 1985 г., набросав первый, примерный план книги, я заболел воспалением легких. Пришлось лечь на операцию, и после трахеотомии я перестал говорить, а тем самым почти лишился возможности общаться. Я думал, что не смогу закончить книгу. Но Брайен нс только помог мне ее переработать, но и научил пользоваться компьютерной программой общения Living Center, которую мне подарил Уолт Уолтош, сотрудник фирмы Words Plus, Inc., Саннивейл (шт. Калифорния). С ее помощью я могу писать книги и статьи, а также разговаривать с людьми посредством синтезатора речи, подаренного мне другой саннивейлской фирмой Speech Plus. Дэвид Мэйсон установил на моем кресле-коляске этот синтезатор и небольшой персональный компьютер. Такая система все изменила: мне стало даже легче общаться, чем до того как я потерял голос.
Многим из тех, кто ознакомился с предварительными вариантами книги, я благодарен за советы, касающиеся того, как ее можно было бы улучшить. Так, Петер Газзарди, мой редактор издательства Bantam Books, слал мне письмо за письмом с замечаниями и вопросами по тем местам, которые, по его мнению, были плохо объяснены. Признаться, я был сильно раздражен, получив огромный список рекомендуемых исправлений, но Газзарди оказался совершенно прав. Я уверен, книга стала лучше благодаря тому, что Газзарди тыкал меня носом в ошибки.
Я выражаю глубокую благодарность моим помощникам Колину Уилльямсу, Дэвиду Томасу и Рэймонду Лэфлемму, моим секретарям Джуди Фелле, Энн Ральф, Шерил Биллингтон и Сью Мэйси и моим медсестрам. Я бы ничего не смог достичь, если бы все расходы на научные исследования и необходимую медицинскую помощь не взяли на себя Гонвилл-энд-Кайюс-колледж, Совет по научным и техническим исследованиям и фонды Леверхулма, Мак-Артура, Нуффилда и Ральфа Смита. Всем им я очень благодарен.
Стивен Хокинг. 20 октября 1987 г.

Абсолютный нуль температуры – самое низкое из всех возможных значений температуры. При абсолютном нуле вещество не обладает тепловой энергией.
Аннигиляция – процесс, при котором частица и ее античастица, сталкиваясь, взаимно уничтожают друг друга.
Античастица – у каждой частицы материи есть соответствующая античастица. При соударении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.
Антропный принцип – мы видим Вселенную такой, как она есть, потому что, будь она другой, нас бы здесь не было и мы бы не могли ее наблюдать.
Атом – наименьшая частица обычного вещества. Атом состоит из крошечного ядра (составленного из протонов и нейтронов) и обращающихся вокруг него электронов.
Белый карлик – стабильная холодная звезда, находящаяся в равновесии благодаря тому, что в силу принципа исключения Паули между электронами действуют силы отталкивания.
Большой взрыв – сингулярность в момент возникновения Вселенной.
Большой хлопок – сингулярность в конечной точке существования Вселенной.
Вес – сила, с которой на тело действует гравитационное поле. Вес тела пропорционален массе тела, но не совпадает с ней.
Виртуальная частица – в квантовой механике – частица которую невозможно зарегистрировать непосредственно, но существование которой подтверждается эффектами, поддающимися измерению.
Гамма-излучение – электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, испускаемое при радиоактивном распаде или при соударениях элементарных частиц.
Геодезическая ~ самый короткий (или самый длинный) путь между двумя точками.
Голая сингулярность – сингулярность в пространстве-времени, не находящаяся внутри черной дыры.
Горизонт событий – граница черной дыры.
Гравитационное взаимодействие – самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий, обладающее большим радиусом действия. В гравитационном взаимодействии участвуют все частицы материи.
Длина волны – расстояние между двумя соседними гребнями волны или между двумя ее соседними впадинами.
Закон сохранения энергии – закон науки, согласно которому энергия (или ее массовый эквивалент) не может ни создаваться, ни уничтожаться.
Квант – минимальная порция, которой измеряется испускание или поглощение волн.
Квантовая механика – теория, разработанная на основе квантово-механического принципа Планка и принципа неопределенности Гейзенберга.
Квантово-механический принцип Планка (закон излучения Планка) – состоит в том, что свет (или любые другие классические волны) может испускаться или поглощаться только дискретными порциями – квантами – с энергией, пропорциональной их частоте.
Кварк – элементарная (заряженная) частица, участвующая в сильном взаимодействии. Протоны и нейтроны состоят каждый из трех кварков.
Конфайнмент – невылетание, удержание цветных кварков и глюонов внутри адронов.
Координаты – числа, определяющие положение точки в пространстве и во времени.
Космическая цензура – предположение о недопустимости голых сингулярностей.
Космологическая постоянная – математическая вспомогательная величина, введенная Эйнштейном для того, чтобы пространство-время приобрело тенденцию к расширению.
Космология – наука, занимающаяся изучением Вселенной как целого.
Красное смещение – вызванное эффектом Доплера покраснение света, испускаемого удаляющейся от нас звездой.
Магнитное поле – поле, создающее магнитные силы. Сейчас магнитное поле и электрическое поле объединяются в электромагнитное поле.
Масса – количество вещества, содержащееся в теле. Мера инерции тела или степень его сопротивления ускорению.
Мнимое время – время, измеряемое в мнимых единицах.
Нейтрино – легчайшая (возможно, безмассовая) элементарная частица вещества, участвующая только в слабых и гравитационных взаимодействиях.
Нейтрон – незаряженная частица, очень близкая по свойствам к протону. Нейтроны составляют более половины частиц, входящих в состав большинства атомных ядер.
Нейтронная звезда – холодная звезда, существующая вследствие отталкивания нейтронов, обусловленного принципом Паули.
Общая теория относительности – созданная Эйнштейном теория, в основе которой лежит предположение о том, что законы науки должны быть одинаковы для всех наблюдателей независимо от того, как движутся эти наблюдатели. В ОТО существование гравитационного взаимодействия объясняется искривлением четырехмерного пространства-времени.
Первичная черная дыра – черная дыра, возникшая на очень ранней стадии развития Вселенной.
Позитрон – античастица (положительно заряженная) электрона.
Поле – нечто, существующее во всех точках пространства и времени, в отличие от частицы, которая существует только в одной точке в каждый момент времени.
Предел Чандрасекара – максимально возможная масса стабильной холодной звезды, выше которой звезда должна сколлапсировать в черную дыру.
Принцип исключения Паули – две одинаковые частицы со спином 1/2 не могут (в пределах, которые даются принципом неопределенности) обладать одновременно и одинаковыми положениями в пространстве, и равными скоростями.
Пропорциональность – утверждение «X пропорционально Y» означает, что при умножении Y на какое-нибудь число Х умножается на это же число. Утверждение «Х обратно пропорционально Y» означает, что при умножении Y на какое-нибудь число X делится на это же число.
Пространственное измерение – любое из трех пространственно-подобных измерений пространства-времени, т.е. любое измерение, кроме временного.
Пространство-время – четырехмерное пространство, точки которого отвечают событиям.
Протон – положительно заряженная частица. Протоны образуют примерно половину всех частиц, входящих в состав ядер большинства атомов.
Радиоактивность – самопроизвольное превращение одного атомного ядра в другое.
Световая секунда (световой год) – расстояние, проходимое светом за одну секунду (за один год).
Световой конус – поверхность в пространстве-времени, которая ограничивает возможные направления световых лучей, проходящих через данное событие.
Сильное взаимодействие – самое сильное и самое короткодействующее из четырех фундаментальных взаимодействий. Благодаря сильному взаимодействию кварки удерживаются внутри протонов и нейтронов, а протоны и нейтроны, собравшись вместе, образуют атомные ядра.
Сингулярность – точка пространства-времени, в которой кривизна его становится бесконечной.
Слабое взаимодействие – второе по слабости из четырех известных взаимодействий. Обладает очень коротким радиусом действия. В слабом взаимодействии принимают участие все частицы материи, но в нем не участвуют частицы – переносчики взаимодействия.
Событие – точка в пространстве-времени, которая определяется положением в пространстве и во времени.
Спектр – расщепление волны (например, электромагнитной) на частотные компоненты.
Специальная теория относительности – теория Эйнштейна, отправная точка которой состоит в том, что законы науки должны быть одинаковы для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от их скоростей.
Спин (spin – вращаться, вертеться) – внутреннее свойство частицы, связанное с ее вращением вокруг собственной оси.
Стационарное состояние – состояние, не изменяющееся со временем: вращающийся с постоянной скоростью шар находится в стационарном состоянии, потому что, несмотря на вращение, в каждый момент он выглядит одинаково.
Теорема о сингулярности – теорема, в которой доказывается, что при определенных условиях сингулярность должна существовать и что, в частности, началом Вселенной должна быть сингулярность.
Теория великого объединения – теория, объединяющая электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия.
Ускорение – скорость изменения скорости какого-либо объекта.
Ускоритель частиц – устройство, которое с помощью электромагнитов дает возможность ускорять движущиеся заряженные частицы, постоянно увеличивая их энергию.
Условие отсутствия границ – представление, согласно которому Вселенная конечна, но не имеет границ (в мнимом времени).
Фаза – для волны – положение точки в цикле в определенный момент времени: мера того, находится ли точка на гребне, во впадине или где-нибудь в промежутке.
Фон микроволнового излучения – излучение, возникшее при свечении горячей ранней Вселенной (называется реликтовым). Оно сейчас испытывает такое сильное красное смещение, что регистрируется не в виде света, а в виде волн микроволнового диапазона (радиоволны с сантиметровыми длинами волн).
Фотон – квант света.
Частично-волновой дуализм – лежащее в основе квантовой механики представление о том, что не существует различия между частицами и волнами, частицы могут иногда вести себя как волны, а волны – как частицы.
Частота – для волны это число полных циклов в секунду.
Черенковское излучение – излучение света заряженной частицей при ее движении в веществе с постоянной скоростью, превышающей скорость распространения света в этом веществе.
Черная дыра – область пространства-времени, из которой ничто, даже свет, не может выбраться наружу, потому что в ней чрезвычайно сильно действие гравитации.
Электрический заряд – свойство частицы, благодаря которому она отталкивает (или притягивает) другие частицы, имеющие заряд того же (или противоположного) знака.
Электромагнитное взаимодействие – взаимодействие, которое возникает между частицами, обладающими электрическим зарядом. Второе по силе из четырех фундаментальных взаимодействий.
Электрон – частица, обладающая отрицательным электрическим зарядом и обращающаяся в атоме вокруг ядра.
Элементарная частица – частица, которая считается неделимой.
Энергия теории великого объединения – энергия, выше которой электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия предположительно должны стать неразличимыми.
Энергия электрослабой теории – энергия (около 100 ГэВ), выше которой исчезают различия между электромагнитными и слабыми взаимодействиями.
Эффект Доплера – изменение частоты волн при движении их источника и наблюдателя относительно дpyг друга.
Ядерный синтез – процесс соударения двух ядер и последующего их слияния в одно более тяжелое ядро.
Ядро – центральная часть атома, которая состоит только из протонов и нейтронов, удерживаемых в ядре сильным взаимодействием.