← На головну

Що таке гравітація з точки зору сучасної науки

Опубліковано: 2026-01-13

Що таке гравітація з точки зору сучасної науки

Шановні слухачі, я вас вітаю. У своїх двох минулих лекціях я вже спробував розповісти, що таке час та чим насправді є квантовий світ. Але в обох випадках я звертав увагу на одну особливу силу, яка з однієї сторони визначає майже все в нашому світі, отой самий плин часу, а з іншої сторони, яка ніяк не хоче вбудовуватися в квантовий світ. Звичайно, що мова іде про гравітацію. Так що після того, як ми поговорили про час, що це таке, чим минуле відрізняють від майбутнього і звідки вони взагалі взялися, після того, як ми поговорили про квантовий світ, про квантову механіку, про їх різні інтерпретації, саме час поговорити трохи і про неї, про це загадкове тяжіння, про цю загадкову гравітацію. Гравітація - це досить дивна річ. З одного боку, ми вміємо рахувати її з приголомшливою точністю, з надзвичайною точністю. Ми запускаємо супутники на орбіту, ми коригуємо їх, ми вміємо вимірювати викривлення світла, ми фіксуємо гравітаційні хвилі, ми навіть вміємо вимірювати уповільнення часу у супутниках GPS на високих орбітах. І в цьому сенсі гравітація є напе, напевно, однією з найбільш успішних взагалі теорій в сучасній фізиці і в сучасній науці в тіло. І до того ж гравітація, мабуть, є однією з найбільш простих для розуміння звичайною людиною. Бо якщо ми кажемо про різні квантові механіки, про квантову теорію поля тощо, то звичайно, що в жодних школах їх ніколи не проходять. Ну, можуть хіба що там згадати в певних фізмат-ліцеях, і то далеко не всіх університетах про це проходять. А коли ми кажемо про тяжіння, про той самий закон всесвітнього тяжіння, от про те саме яблуко, яке за легендою, звичайно, що це байка якась впала колись на голову Ньютона, то це те, що розповідають у школах майже всі. Тобто ми знаємо, як рахувати гравітацію. Але з іншого боку, якщо поставити досить наївне питання: "А що ж таке гравітація насправді?" То відповідь стає зовсім неочевидною. Ми думаємо, що це сила, що це тяжіння, але ця сила зовсім не схожа на всі інші сили, які існують в нашому всесвіті. Можливо, це якась властивість простору, але що тоді сам простір таке? Може, це наслідок часу? Може, це щось взагалі інформаційне? Це геометрія? Може, це наслідок взагалі чогось ще більш глибокого, про що ми навіть ще не вміємо правильно задавати запитання. І якщо коротко резюмувати нашу сьогоднішню лекцію, то відповідь на питання, що таке гравітація, полягає у тому, що ми це досі не знаємо. І хоча нібито гравітація керує всесвітом, хоча ми її відчуваємо щомиті. Парадокс в тому, що гравітація - це найбільш слабка з усіх взаємодій, про які знає людина. Так, вона поєднує між собою планети і зірки. Вона може притягувати місяць до Землі. Вона притягує нас всіх до пола. Але на рівні елементарних частинок гравітація майже не побільна. Тобто [сміх] з однієї сторони вона збирає до купи весь всесвіт, з однієї сторони вона от формує зірки, бо всі зірки утворюються лише через гравітаційний стиск. З іншої сторони, вона майже невідчутна, коли ми намагаємося опанувати якийсь квантовий світ, коли ми дивимося на взаємодію між окремими атомами чи іншими елементарними частинками. Без гравітації не було б історій взагалі всесвіту в цілому, не було б структури всесвіту. Як я розповідав в минулій лекції про квантовий світ, вчені чудово розуміють, що всі решта взаємодій, які у нас існують, оце слабка взаємодія, сильна взаємодія, електромагнітна взаємодія, вони мають квантов опис. Ми вміємо їх чудово узходжувати між собою. У нас є чудова, дійсно чудова, так звана стандартна модель. Це модель всіх елементарних частинок і всіх взаємодій, які людство відкрили, куди вбудовані абсолютно всі частинки, які зараз люди відкрили і про які люди знають. І гравітація - це єдина взаємодія, яка досі абсолютно ніяк не вписується, не вбудовується у квантову картину нашої реальності. І саме тому, от після розмови про час, після розмови про квантовий світ, питання гравітації, мабуть, стає неминучим. Тож сьогодні ми саме і спробуємо розібратися не з тим, як рахують гравітацію, а з тим, що ми взагалі маємо на увазі, коли ми використовуємо це слово. І знов, як завжди, я спробую зробити це без складних формул. Ну, хіба що знов десь там на фоні за мною будуть з'являтися якісь красиві формули. отой самий закон всесвітнє тяжіння Ньютона або якісь е основні рівняння загальної теорії відносності Айнна або якісь інші красиві формули. Але я їх не буду використовувати для того, щоб пояснювати гравітацію, бо для пояснення вони насправді не потрібні. План нашої лекції наступний. Ми почмо почнемо з того, як взагалі змінювалося уявлення людей про тяжіння. Як люди уявляли тяжіння? От що нас тягне вниз до Землі з часів античності. Потім, звичайно, що ми перейдемо до Ньютона як до людини, яка вперше описала гравітацію тяжіння математичним чином. Потім ми перейдемо до Ейн з його загальної теорії відносності. Ми розглянемо основи загальної теорії відносності та дізнаємося, чому після його відкриття ми вже не кажемо про силу тяжіння, а кажемо про гравітаційну взаємодію. І чому гравітація не є сила? Ми розглянемо, що таке маса і які насправді бувають маси. Ми розглянемо, що таке вільне падіння. Ми розглянемо, як можна довести, що гравітація - це не сила, а геометрія та які прояви вона має у нашому всесвіті. Ми поговоримо про гравітаційні хвилі, ми поговоримо про чорні діри, ми поговоримо про антигравітацію, чи можлива вона, чи ні, і що таке загадкова така темна енергія, яка намагається розштовхнути наш всесвіт з все більшим і більшим прискоренням. Я спробую пояснити, у чому проблема, узгодити між собою квантовую механіку і загальну теорію відносності. От як люди намагаються квантувати гравітацію і чому це досі абсолютно ні в кого не вийшло. Я розкажу от як цю квантову гравітацію шукають, до чого тут інші виміри, чому існують такі ідеї, думки, що ми взагалі можемо жити у величезній голограмі, як гравітація впливає на хід часу і чому без гравітації взагалі часу б не існувало. Я трохи розкажу про ентропію, про хаос. От чому хаос у світі з гравітацією зовсім не такий, як у світі без неї? І взагалі, чи є гравітація чимось фундаментальним, або це лише певний похідний ефект? Тобто це прояв чогось значно більш глибокого, чогось іншого, про що ми не знаємо. Це приблизно план нашої роботи. І давайте розпочинати. Якщо ми кажемо про історичний процес, якщо ми кажемо про силу тяжіння, то при абсолютній очевидності цього явища до Ньютона розуміння гравітації як єдиного явища взагалі не існувало у людей. Тобто було падіння тіл. Ми могли взяти певну цукерку, відпустити її і вона падала. Була вага. От я сиджу і я відчуваю свою вагу, яка тягне мене донизу. Але не було ідеї, яка б об'єднувала між собою от усі явища, які взагалі існують в зв'язку з гравітацією стіжіння. У мене є певна кількість лекцій про історію розвитку наукової думки. І я в цих лекціях розповідаю, що зародження сучасної науки відноситься до часів античності. Це відбулося в Давній Греції. Це був так званий перехід від міфу до Логосу. Тобто це був перехід від міфологічного уявлення про світ до наукового. Ну, точніше так, це було ще не наукове в сучасному розумінні, але вже логічне пояснення природи. От в тій лекції я розповідаю про багатьох вчених. Ну, це не вчені, це філософи, які зробили великий внесок в цей процес про Піфагора, про Платона, про Демокріта, про Левкіпа, анаксімандра, анаксімена, тощо, тощо, тощо. І в тому числі я згадую про Аристотеля. Арістотель це вважається один з творців взагалі сучасного наукового підходу до розуміння природи, хоча, звичайно, що вченим він не був. Він був філософом і його думки ще з нашої сучасної точки зору були зовсім не наукові. Але він був одним з перших, хто спробував от зрозуміле нам явище тяжіння якось вже описати. Арістотель вважав, що світ дуже впорядкований і що світ дуже ієрархічний. Тобто він вважав, що у кожного елемента природи є своє природнє місце. Він виділяв чотири основні елементи: земля, вода, повітря, вогонь. І п'ятий елемент ефір, але який не відноситься до нашої землі взагалі. І от природнє місце Землі - це десь у центрі. Води теж внизу, але над землею. Повітря, за його думкою, прагне кудись вгору, а вогонь ще вище за повітря. І відповідно до цієї картини тіла падають вниз не тому, що на них діє якась сила, а тому, що вони просто повертаються додому. Тобто в картині [сміх] світа Аристотеля падіння - це не рух під дією сили тяжіння, під дією кредитації, а це реалізація внутрішньої сутності кожного тіла. Тому питання взагалі, чому тіла падають, воно навіть не виникає. Тому що така природа раче. Все, відповідь про падіння вже вбудована в саму суть кожної речі. Причому за Арістотелем от зрозуміло, що якщо тіло важке, то воно має сильніший потяг вниз і тому важкі тіла мають падати значно швидше за легкі. І знов таки не через експеримент. Взагалі давні греки майже не уявляли концепцію експериментальної перевірки. Вони казали, це через, ну, через внутрішній потяг, це через логіку сутностей. Тобто, якщо тіло більш земляне, то воно сильніше прагне до свого місця і тому воно буде намагатися падати швидше. Це була не наука. Світ давніх греків ніяк не описувався формули. Світ пояснювався от що є чим. І ее звичайно, що саме поняття тяжіння було стосовно абсолютно не до всіх тіл. Тобто у Аристотеля було, так би мовити, декілька світів. От є наш земний світ. Це світ, де ми живемо. Це все, що нас оточує. Він дуже недосконалий, він дуже мінливий. Він складається от з цих чотирьох елементів: земля, вага, земля, вода, вогонь, повітря. А є, крім нашого світу, є ще небесний світ. Він досконалий, він вічний. Він складається не з того, що ми складаємося, він складається з п'ятого елементу, з ефіру. І от за його ідеєю, за його думкою небесні тіла, оці самі планети і зорі, вони взагалі нікуди-нікули не падають. Вони рухаються у вічному русі по певних ідеальних орбітах. А ідеальна, найбільш геометрична фігура - це коло. Коло - це найбільш досконала форма. Тобто вони рухаються по ідеальним колом. Тобто існує щось, що змушує каміння падати. Це природній потяг до Землі. Існує щось, що змушує зірки обертатися. Це, знов таки, їх вічний потяг рухатися по ідеальним колом. Але це не одне і те ж саме. Це зовсім різні світи. Вони ніяк не об'єднані між собою. Тому, звичайно, що ідеї гравітації, ідеї тяжіння як універсальної сили у світі Аристотеля немає. Земне тяжіння - це прагнення речей до свого природнього місцезнаходження вниз. Небесного тяжіння не існує взагалі. Існують лише ідеальні колові рохи, по яким рухаються всі зірки і планети. Ця ідея, звичайно, що за нашими сучасними уявленнями вже не наукова, але вона домінувала в європейській науковій думці протягом майже ніж півтора тисячоліття. І ее в середні віки з'являються нові спроби описати якось механічний рух. З'являється, наприклад, поняття таке, як імпетус. Ідея така: для того, щоб тіло рухалося, воно має отримати певний поштовх, оцей самий імпетус. Цей поштовх, імпетус, він певний час зберігається. Поки він зберігається, тіло кудись рухається. Коли цей імпетус закінчується, тіло падає вниз. Але знов це не сила, це не закон. Тіло падає вниз не тому, що нань на нього щось діє, а це його природній рух. Тобто це ще Арістотелева фізика просто трохи-трохи ускладнена. Якщо ми кажемо про першого вченого, який дійсно спробував по-науковому підійти до тяжіння, то це, звичайно, що був Галілео Галілей. Я про нього згадую майже в кожній лекції. В лекції про наукову революцію XV-17 сторіччя я розповідаю, що саме Галілео Калілей є творцем сучасної науки, тому що саме він запровадив те, що зараз ми називаємо науковим методом, науковим підходом до взагалі вивчення нашого світу. Він не задається питанням от чому тіла падають, філософським питанням. Він починає питати, як саме тіла падають. Існує така популярна легенда, що він піднімався кудись по сходам на вершину Пізанської вежі. І з цієї вершини Пізанської вежі він кидав різні тіла і вимірював, як вони падають. Ну, звичайно, що скоріш за все це легенда. Скоріш за все це він не робив. І прямих доказів цього, звичайно, що не існує. Але ми точно знаємо, що він проводив досить багато експериментів, дослідів, реальних дослідів. Там були певні похиліни, певні кульки, які рухаються. він використовував вже доволі точний годинник для того, щоб вимірювати час їх руку. Він ретельно повторював свої експерименти. І ми знаємо, який результат він отримав в результаті. Цей результат полягає у тому, що якщо ми маємо рух без опору, тобто немає певного повітря, яке заважає рухатися, то всі абсолютно тіла на Землі будуть падати з абсолютно однаковим прискоренням. Тобто швидкість, які вони набувають це певний час, ніяк не буде залежати від їх маси. І маленька пірг'їнка, і важка залізна гіря будуть падати з однакової висоти з однаковий час. Тобто падіння вже не є, як у Аристотеля певним прагненням, а це стає наукою, це стає кінематикою. Але, звичайно, що Галілей не пояснив, чому тіла падають. Він лише описав їх рух. Він описав, як вони падають, але не чому. І знов, як і у Аристотеля, у Галілея, падіння каміння - це ще рух земний, а от, наприклад, рух місяця навколо Землі - це вже рух небесний. І вони зовсім інші. Його ідея про однаковість прискорення ще ніяк не могла бути застосована для того, щоб, наприклад, описати обертання землі навколо сонця, обелтання місця навколо землі. Це зовсім різні механіки, зовсім різні фізики, зовсім різні науки. І у нього ще немає гравітації як певної універсальної взаємодії нашого всесвіту. Ця ідея з'явилася вже після нього. Тобто е-е в його часи рух земних тіл відбувається за законом земного тяжіння з однаковим прискоренням. Рух небесних тіл все ще іде по певним ідеальним траєкторіям, які, до речі, виявилися не колами, які виявилися еліпсами. Як показав це Йоган Кеплер у своїх законах. Існують так звані закони Кеплера, які описують рух будь-яких тіл в небесній механіці на навколо сонця чи супутників навколо землі. Але все ж таки люди почали помічати, що між земним і небесним рухом є щось схоже. От ті самі ідеї Декарта, що рух Землі навколо Сонця можна собі уявити як нескінченне падіння. Тобто ми уявляємо, що Земля весь час падає на сонце, нібито між ними є якась загадкова [сміх] сила притягання. Але було незрозуміло, що це саме за сила. І досить довгий час вчені ніяк не могли її описати математично. А що таке сучасна наука? Сучасна наука - це коли ми беремо певне явище і не просто описуємо його словами, що воно відбувається, тому що ми так вважаємо чи ми це спостерігаємо. А коли ми це описуємо формулами, коли ми це описуємо математичними законами, коли ми це описуємо закономірностями, тому що мова сучасної фізики, мова сучасної науки - це математика. І першим, кому вдалося описати оцю саму гравітацію, це саме тяжіння вже сучасному науковому сенсі слова, це був відомий британський, ну, англійський, скажемо так, вчений сер Ісаак Ньютон. І тут важливо зазначити, що є одне досить поширене непорозуміння щодо його внеску в дослідження цієї сили сили тяжіння. Часто люди уявляють, що Ньютон пояснив, що таке гравітація. Ні, він це не пояснював. Він це не робив досить принципово. Він навчився рахувати гравітацію, але жодним чином, навіть близько не наблизився до того, щоб зрозуміти, що це таке. Це була, як, як я вже казав, його принципова позиція. Він навіть не намагався це зробити. Він чітко чітко окреслював, що він оперує лише фактами, а фактів, які б дозволили йому зрозуміти внутрішню суть явища, на той час не існувало. Ньютон досить відомий своєю фразою гіпотез не вигадую гіпотезис нонфінго латинською мовою. І я вважаю, що ця фраза є, ну, мабуть, певним зразком взагалі для будь-якого науковця, тому що наука, науковці мають оперувати лише фактами, лише експериментами. Вони не мають оперувати певними метафізичними роздумами про те, як побудований наш світ. Хай цим займаються філософо. Є факт, є число, є експеримент, є результат. От ми з ним і працюємо. Ньютон таким чином оперував з тими самими законами Кеплера, з законом зеемного тяжіння Галілея. І у його картині світу з'являється гравітація як універсальна сила. Е, всім зі школи має бути відомий закон всесвітнього тяжіння, який він тоді запропонував. Якщо ми маємо два тіла, які мають певні маси М1, М2, вони завжди притягуються одне до одного. І величина сили, що діє між ними, завжди прямо пропорційна добутку їх мас і оберненопропорційна квадрату відстані між ними. Формула ця дуже проста, вона дуже красива і вона працює настільки добре, що з її допомогою можна передбачити майже все, що нас оточує. Можна передбачити рух помет, планет, проливи, відливи, поведінку супутників, ну майже все. Саме тому Ньютонівська гравітація пережила століття і зараз вона теж з нами. Її проходять у школі, її вивчають в університетах на перших курсах. Вона використовується в рамках загального курсу фізики. Її використовують для всіх прикладних задач, які взагалі використовує людство, коли працює з певними космічними апаратами. За нею обчислюють траєкторію космічних кораблів. Ну, взагалі кажучи, для земної науки абсолютно немає сенсу в більш глибокому розумінні гравітації. Закон всесвітнього тяжіння повністю описує все, що нам потрібно. Це чудовий, це універсальний, це простий, це логічний, це ефективний інструмент, який дають нам передбачення неймовірної точності. В щоденному житті нам більше нічого не потрібно. Крім дуже специфічних ситуацій, там, де потрібна ідеальна точність синхронізації, ну, наприклад, оці самі годинники на супутників GPS, от там дійсно закону всесвітнього тяжіння недостатньо. або коли ми передбачаємо певні, ну, найбільш екзотичні стани матерії, от ті самі чорні діри, або коли ми вивчаємо там гравітаційні хвилі, але це дуже рідкісні випадки і там дійсно закон всесвітнього тяжіння вже не працює. для 99 і 99% всіх практичних питань він дає ідеальні відповіді. Але навіть незважаючи на цю величезну точність, навіть незважаючи на цю майже ідеальність, розуміння цього закону ніяк нас не наближує до теми цієї нашої сьогоднішньої лекції. Так, що ж таке гравітація? Для Ньютона гравітація - це просто щось. От закон працює, а причина, чому він працює, нам невідомо. Ми можемо казати щось лише на базі експериментальних фактів. А для пояснення гравітації експериментальних фактів на той час у людства ще не було. І наступні 200 років після Ньютона все так і залишалося. Ми маємо факт, ми маємо закон, але пояснити його ми не можемо. Але перед тим, як перейти до наступного кроку і пояснити, що відбувається з гравітацією далі, слід зазначити одну теж досить важливу річ. Ньютон вважав і стверджував весь час, що він ніколи не вигадує гіпотези, але при цьому одну з найбільш відомих і в той же час невірних гіпотез він вигадати. Якщо ми кажемо про закон сусвітнього тяжіння Ньютона, то в ньому сила тяжіння діє миттєво. Там немає ніякого запізнення. От у нас є маса, є інша маса, є відстань. Між ними миттєво існує певна сила. Тобто, якщо прямо зараз сонце зникає, ну чомусь невідомо чому, то Земля за Ньютоном, знов таки відразу мала б це відчути і в ту саму секунду, в ту саму мить вона мала б відразу полетіти зі своєї орбіти. Ця концепція Ньютона зараз називається далекодія. І навіть для X століття, коли він це запропонував, це була досить дивна ідея. Юдон чудово розумів, що от миттєвість дії на відстані без будь-якого посередника, ну, це щось досить підозріле. В своїх листах він прямо писав, що ідея того, що взаємодія може впливати, тіло може впливати на інше через порожнечу, ну, здається йому певним чином абсурдною. Але він принципово відмовився пояснити механізм цієї дії. Так що далекодія залишилася з нами. І позиція Ньютона була наступною: "Я не знаю, що це таке, але я знаю, як воно працює". І от знання, як воно працює, виявилося достатньо, щоб побудувати першу досить універсальну фізичну теорію. Так, насправді вона виявилася невірною. Насправді ніякої далекодії у нашому всесвіті не існує. І якщо прямо зараз сонце зникне, ми про це дізнаємося лише через 8 хвилин, а до того воно нас буде притягувати, як і раніше. Але якщо теорія Ньютона виявилася невірною, то чому ми і далі її використовуємо? Чому вона працює? Чому ми продовжуємо, наприклад, її вивчати в школі? Чому ніхто не каже в школі, що ні, це все невірно і взагалі гравітація не сила? Відповідь дуже проста і насправді я її вже дав. Ньютонівська гравітація є наближенням. І це наближення настільки вдале, що у більшості реальних ситуацій відрізнити її від правильної теорії гравітації, якій якої, до речі, у нас і зараз станом немає, практично неможливо. Гравітація Ньютона, оцей закон сосвітнього тяжіння, ця далекодія, ця миттєвість, вона діє тоді, коли в нас, по-перше, малі швидкості. Ну, якщо ми, звичайно, що порівнюємо цій швидкісті швидкі. Далі, коли в нас гравітаційні поля слабкі, а це майже в усіх випадках, коли які ми взагалі можемо зустріти навколо нас і коли в нас точність вимірювання досить обмежена, а це всі наші реальні прилади. Тобто, [сміх] якщо перекладати з наукової мови на звичайну, теорія Ньютона працює майже завжди. Ее тому, звичайно, що Ньютонівська гравітація, хоча вона є невірною, але вона є цілком достатньою. Вона чудово підходить для інженерії, вона підходить для навігації, вона підходить для балістики, вона підходить для астрономії. І взагалі, коли ми живемо в рамках нашої сонячної системи, ми не потребуємо чогось ще. Саме тому її вивчають в школах, саме тому її викладають в університетах. Не тому, що вона істинна, а тому, що вона працює. Вона чудово працює. В наузі взагалі от поняття працює і поняття пояснює - це далеко не одне і те ж саме. Теорія може працювати блискуче і при цьому взагалі ніяк не пояснювати природу певного явища. І от Ньютонівська гравітація - це якраз один з найкращих прикладів цього. Вона жодним чином не відповідає, чому тіла притягуються. Вона не відповідає, як це відбувається, що передається між тілами, з якою швидкістю це відбувається. Вона взагалі нічого не каже, що таке гравітація, як певна фізична сутність, як певне фізичне явище. Вона просто каже: "От є формула gм1м2 по R², будь ласка, користуйтесь". Все. Тобто Ньютон відділив опис, математичний опис явища від його пояснення. Він показав, що для того, щоб побудувати ефективну науку, ми абсолютно не маємо знати, що воно таке насправді. Достатньо знати, як воно себе поводить. Е, якщо казати взагалі, то мабуть у фізиці немає жодної теорії, яка була б абсолютно точна. Будь-яка найточніша теорія завжди має свої обмеження. І це не слабкість науки, це не слабкість фізики, це її сила. Тобто наука чудово розуміє, де вона працює, і вона чудово розуміє, де вона перестає працювати. І взагалі весь розвиток наукової думки - це саме перехід від менш точних до все більш точних наближень, наближень не істини. Я взагалі сумніваюся, що колись людство або якесь постлюдство зможе осягнути істину і чи взагалі вона досяжна. Тому Ньютонівська гравітація, вона не є помилковою, вона є наближено працюючою в області своїх застосувань. І там вона працює дійсно чудово. Ну отже, чудово. Серисак, дякуємо тобі, що ти нас навчив жити з цим чудовим тяжінням, але ми так і не зрозуміли його природи. Ну, мабуть, е, щось треба з цим робити. Люди спробували з цим щось робити. І перші спроби пояснити гравітацію базувалися на механічних принципах. Ну от, наприклад, одна з ідей полягала у тому, що наш простір весь заповнений певними невидимими частинками, якимись потоками, які летять абсолютно в усіх напрямках. Потім ті частинки потрапляють на певне масивне тіло і за ним вони створюють певну тінь, куди частинки не доходять. Інше тіло, коли воно опиняється в цій ціні, вона цю тінь нібито відчуває і між ними виникає ефект, який схожий на притягування. Тобто одне тіло нібито штовхає іншу, бо потік частинок більший з протилежного боку. Е-е, ну, спроба, звичайно, що цікава. Спроба, що, звичайно, механічна. Вона вже уникає якихось там сил, які діють далекодія на відстані, але, звичайно, що вона невірна. Вона не може пояснити гравітацію нормально. Вона певним чином перегукується з сучасними уявленнями про поля, про квантові взаємодії. Хоча це класична теорія. І насправді крім як історична цікавість, вона зараз наукою абсолютно не розглядається. І науці сучасній вона абсолютно не цікава. Це примітивне в'явлення. І якщо ми кажемо про історичний розвиток науки, то до початку XX століття люди так і не змогли щось більш глибоке, щось більш принципово вигадати про гравітацію, про силу тяжіння. Але саме в той час, наприкінці X, на початку XX століття люди почали замислюватися, що таке час. Люди почали вивчати, що таке світло. Люди почали вивчати, що таке наш взагалі простір. І стало зрозуміло, що гравітація не може бути такою, як її бачив Ньютон. Чому? За Ньютоном гравітація миттєва. Тобто у нас існує певний час, один момент, і в цей один момент два тіла миттєво, на певній відстані відчувають одне одне і притягуються до одне до одного. Але проблема у тому, що час насправді відносний. Я досить багато вже розповідав про час, що це таке і чому його відносність так важлива і так принципова в окремі лекції, що таке час з точки зору сучасної науки. Е-е після появи ідей про відносність часу стало абсолютно зрозуміло, що з гравітацією щось не так. У ньютонівському світі час абсолютний. За Ньютоном час тече абсолютно однаково, всюди для всіх. От тому для нього миттєва дія на відстані хоч і дивна, але в принципі цілком допустима. Якщо час є спільним для усього всесвіту, ну то хто нам принципово заважає, щоб одне тіло одразу миттєво вплинуло на інше? Ну начебто нічого. Начебто, ну тут немає якихось там принципових протиріч, які б могли нас якось так занадто дивувати. Але наприкінці X, на початку X століть оця уявна стабільність починає поступово руйнуватися. В цей час з'являється у 1905 році спеціальна теорія відносності Альберта Айнштейна. Це одна з найбільш радикальних, найбільш дивних теорій в історії фізики, яка стверджує, що швидкість світла є граничною швидкістю передачі будь-якої взаємодії. Мені здається, в мене немає жодної лекції про Альберта Айнштейна і про цю теорію, де б в коментарях не прийшов би хтось розповідати, що насправді Айн - це далеко не видатний вчений, що він нічого не відкривав і взагалі це його дружина, або це Лоренс, або це Пуанкаре. А що Айнтайн взагалі привласнив чужі результати і зовсім не був видатним фізиком. Ну звичайно, що це не так. Звичайно, що це саме він відкрив спеціальну теорію відносності. І саме він зрозумів, що жодна інформація в нашому всесвіті не може передаватися швидше за швидкість світла. Тобто жоден фізичний вплив не може бути миттєвим. Тобто немає взагалі поняття одночасно. І тут ньютонівська гравітація опиняється у дуже незручному становищі, бо якщо вона миттєва, то вона начебто повинна, ну, порушувати якось це обмеження. Тобто вона передає, мала б передавати інформацію швидше за світло, а цього не може бути. Звичайно, можна було б сказати: "От нехай гравітація поширюється з певною скінченною швидкістю". Але тут відразу виникає нове запитання: а що саме поширюється? Тобто, що що означає гравітація? Поширюється сила, поле, сигнал, через що він поширюється, по чому він поширюється. От де ті в лапках дроти, по яким гравітація від сонця поширюється до Землі. На той час вже було відомо, що існують заряди, які створюють електромагнітне поле. вже було створене радіо, вже був давно працював телеграф, були відомі рівняння Максвеellла, які описують, як поширюється електромагнітна взаємодія у вакуумі. Було в принципі зрозуміло, як це виглядає і цілком очікувано можна було запропонувати і для гравітації щось схоже. От взагалі закон всесвітнього тяжіння, який описує взаємодію між двома тілами з будь-якими двома масами і закон Колона, який описує взаємодію між двома будь-якими зарядами, вони дуже схожі між собою. І там, там у нас є добуток. Тако тільки тут у нас добуток двох мас, а тут добуток двох зарядів. І там, там є квадрат відстані. Тобто, ну, начебто так і напрошується ідея, щось є дуже схоже. Але не все так просто. Проблема виявилася значно більш глибока, ніж це здається. У спеціальній теорії відносності час не є незалежною вілочиною. Час залежить від простору. Тобто подія, яка для двох спостерігачів відбувається одночасно, для інших двох спостерігачів може відбутися неодночасно. Час залежить від руху, час залежить від стану спостерігача, ну, від самої структури реальності. А гравітація, якщо вона справді така фундаментальна, вона не може залишатися остро оцієї залежності. Миттєва гравітація означала б, що існує якийсь такий привілевійований глобальний час. От гравітаційний час, який мав би бути спільним для всього всесвіту, а такого часу не може існувати. Спеціальна теорія відносності прямо забороняє існування такого виділеного часу. Тобто, що ми маємо у класичній механіці? Є простір, є час, є сили, які діють у просторі, в часі. Що в нас в реалявістській механіці? Простір і час - це вже не фон. Тобто і простір, і час стають самі частиною фізичної реальності. І будь-яка фізична фундаментальна взаємодія мусить обов'язково бути з ними узгоджена. Гравітація вже не може бути просто силою, що тягне, бо тоді виникає питання, коли воно тягне, в якому часі вона тягне, для кого вона тягне, що саме. Тобто ми не можемо більше мислити гравітацію окремо від структури нашої реальності. Гравітація має бути вплетена в саму тканину цього простору часу або вся наша інтуїція просто хибна. Але це ще не відповідь. Це лише напрямок, куди нам треба думати. Це не лише, ну, можна сказати так, певна підказка, що гравітацію треба шукати не через не серед сил, а десь ще десь більш глибоко. Після відкриття спеціальної теорії відносності Айнтайн десь 10 років замислювався поступово над цим питанням. І рівно через 10 років у 1915 році він знов виходить на сцену світової науки з новою теорією. Але перед тим, як розповісти більш детально про оцю його легендарну загальну теорію відносності, я хочу зупинитися ще трохи на тому самому Галілеї, бо у винаході Галілея, про який я вже згадав раніше, було те, що саме стало основою для розуміння природи гравітації. Це так званий принцип еквівалентності. Що це таке? От кілька хвилин тому я вже казав, що одне з основних досягнень Галілея полягало в тому, що він відкрив, що всі тіла на Землі падають з однаковим прискоренням. Ми назвемо це прискорення вільного падіння 9,8 м/с². Ну, звичайно, що якщо в нас немає опору повітря, якщо в нас ідеальний вакуум, тощо, тощо, тощо. Е, тобто в нас є каміння, у нас є пиріїна і з однакової висоти вони завжди впадуть за один і той самий час. І от, як не дивно, саме цей факт приховує в собі те, що стало основою для сучасного розуміння гравітації. В чому тут справа? У ньютонівській механіці є два дуже схожі математично, але насправді абсолютно різні рівняння, які навіть, ну, студенти, навіть деякі фізики можуть між собою досить сильно плутати. Е, перше рівняння - це його другий закон механіки. Він полягає у тому, що якщо в нас є певна маса і на цю масу діє сила, то ми можемо їх пов'язати між собою. Сила дорівнює масі помножені на прискорення тіла. Існує інший закон, який описує силу тяжіння біля землі. Якщо ми маємо десь біля землі певне тіло маси М, то на нього діє сила тяжіння, яке дорівнює добутку його маси на прискорення вільного падіння G. Тобто у нас є сила F = MA і у нас є сила F = MG. І от ідея Галілея, яку він, звичайно, що не знав математично, бо він не знав ані другий закон Ньютона, ані закон Всесвітнього тягіння, була у тому, що ми можемо ці дві сили прирівняти між собою. ma mg. Далі ми можемо математично скоротити на масу і отримати а = g. Тобто прискорення будь-якого тіла дорівнює прискоренню вільного падіння незалежно від його маси. Звучить просто, красиво, але насправді це абсолютно хибне твердження, тому що у нас немає жодних підстав вважати, що маса в одному рівнянні і маса m в іншому рівнянні - це одне і те ж саме. Більш того, це не одне і те ж саме. Існують різні поняття маси. Перше, F = MA - це інертна маса. Вона визначає, наскільки тіло чинить опір зміні свого руху. От коли ми прискорюємось або коли ми гальмуємо, коли ми вдаряємося в щось, коли ми відчуваємо певний поштовх, то це саме вона. Це інертна маса. Інертна маса визначає, наскільки тіло важко зрушити з місця. А друге, F = mg, це вже не інертна, це вже гравітаційна маса. Вона визначає, наскільки сильно тіло відчуває гравітаційне поле, тобто наскільки сильно земля притягується до сонця, або наскільки сильно місяць до землі, або я до землі. І формально це абсолютно різні величини. Вони абсолютно по-різному водяться. Вони виконують абсолютно різні ролі і немає ніяких підстав стверджувати, що вони мають бути зобов'язані бути рівні між собою. Це інерція, а це гравітація. Це різні явища, це різні закони, це зовсім різний рух. Але експерименти показали, що оці маси, гравітаційна та інертна, вони завжди рівні між собою. І скільки люди не намагаються знайти між ними різниці, вони її не знаходять. У ньютонівські картини світу немає жодної глибинної причини, чому так має бути. Ну, це просто факт. От чомусь інертна маса дорівнює гравітаційній маси. Ми просто мусимо цей факт прийняти. І от так само, як і у випадку зі спеціальної теорії відносності, де Ейнштейн сказав: "От приймемо як факт, що швидкість світла в усіх інерціальних системах, в усіх системах завжди однакова". От так побудований наш всесвіт. Крапка. У 1915 році, через 10 років, він робить ще один не менш революційний крок. Він не каже, чому ті дві маси гравітаційна та енерт на рівні. Він каже, от приймемо це не як певну випадковість, а як фундаментальну властивість нашого всесвіту. Тобто принцип еквівалентності, який у найбільш простому вигляді звучить так: локально неможливо відрізнити гравітаційне поле від рівно прискореного руху. ми не можемо відрізнити, це у нас діє сила гравітації, чи ми рухаємося з прискоренням. Це mg чи це? У цього принципу досить багато класичних ілюстрацій, які є в підручниках. Е, ну, найбільш класичних цих ілюстрацій - це людина, яка знаходиться у замкненій кабіні ліфта і яка не знає, що там знаходиться за стінками цього ліфта. Якщо ліфт стоїть на землі, людина відчуває свою вагу. Тобто підлога тисне нам на ноги. Якщо цей самий ліфт знаходиться десь далеко в космосі, але він рухається з постійним прискоренням А, яке дорівнює 9,8 м/с, людина відчуватиме абсолютно те ж саме. Тобто для цієї людини немає жодного експерименту, який би дозволив сказати: "Я стою в гравітаційному полі на землі". Чи я лечу десь у космосі з певним прискоренням? Немає. Всі експерименти завжди покажуть повну ідентичність гравітації і рівно прискореного руху. Е, звичайно, що я тут маю зазначити оце слово локальний, про яке я згадав, коли визначав, що між ними немає жодної різниці. Досить принципове слово, тому що е-е для гравітації локальність в принципі недосяжна. У гравітаційному полі завжди існують певні приливні сили, завжди існує залежність від відстані. Тобто навіть на Землі, от чим ближче ми до центру Землі, тим гравітація сильніше. Якщо ми піднімемося там на кілька метрів в пору, гравітація стане більш слабкою. Якщо ми в ліфті, у космосі, який рухається з постійним прискоренням, то там такого немає спостерігатися. Але якщо ми кажемо про локальний експеримент, якщо ліфт не дуже високий, то дійсно не буде жодної різниці між цими двома явищами. рух з однаковим прискоренням і гравітаційна взаємодія. Це означає, що гравітація і прискорення це не просто схожі ефекти, це еквівалентні на фундаментальному рівні явища нашого природи. Добре, давайте тепер розглянемо, що відбувається далі. От уявімо собі, що цей ліфт, в яким ми знаходимося, вже не стоїть на землі, а починає падати. От знаходиться у стані вільного падіння. От. Що взагалі означає вільне падіння, якщо гравітація еквівалентна прискоренню? Якщо ми кажемо про ньютонівську картину світу, то ми можемо сказати, що в нас є ліфт, він падає під дією сили тяжіння. Ця сила тяжіння призводить до його рівно прискореного руху. І ця сила тяжіння призводить до того, що він рухається вниз до землі зі сталем та скоренням 9,8 м/скува. Але якщо ми перейдемо до принципу еквівалентності, то все стає навпаки. Тіло, яке вільне падає, не відчуває жодної сили. Тобто сили тяжіння, от як фундаментальної сили нашого всего взагалі не існує. Просто немає. Це звучить парадоксально, але саме так воно і працює. Тобто астронавти, які знаходяться на орбіті десь на МКС, на міжнародній космічній станції, вони перебувають у стані невагомості. Не тому, що в них не діє гравітація, а тому, що вони весь час вільно падають. І для них це виглядає як відсутність будь-якої сили тяжіння. Тобто вільне падіння - це природній рух будь-якого об'єкта. Тобто щось може йому завадити, але якщо цілу не буде ніщо заважати, воно завжди буде вільно падати. Тобто знов повернемося до класичної механіці. Якщо в нас є вільний рух в класичній механіці, то це рух без жодних сил. От якщо в нас немає прискорення, це означає, що в нас немає дії сили і все рухається вздовж прямої лінії зі сталою швидкістю. Але якщо ми кажемо про гравітацію, то саме вільне падіння - це рух без сил. Тому що те, що ми називаємо силою тяжіння, це насправді те, що заважає нам вільно падати. Тобто ви стоїте на землі і ви відчуваєте вашу вагу не тому, що на вас діє сила гравітації. Сили гравітації не існує, а тому, що підлога заважає вам рухатися, як ви б хотіли це рухатися. Тобто ви б намагалися рухатися у вільному падінні, але підлога вам заважає. І саме підлога, а не гравітація своє відчуття сили. І якби підлоги під вами не існувало, ви б ніколи не змогли дізнатися взагалі, чи існує біля вас якась планета, яка вас тягне вниз, чи ви знаходитеся десь в абсолютній порожнечі всесвіту, де немає взагалі жодних комет, планет, зірок тощо. Жоден експеримент у падаючій системі не покаже, що сила тяжіння існує. Тобто гравітація - це не те, що вас кудись штовхає. Це те, що визначає, яким є ваш природній рух. І вона визначає не те, що хтось вас кудись тягне, а по якій траєкторії відбувається оцей природній рух будь-якого тіла. Якщо ми кажемо про Галілея, у нього було все просто. От якщо немає сил, то у нас є інерційний рух. Це пряма лінія в просторі. Якщо нас ніхто нікуди не штовхає, ми рухаємося по прямій лінії з постійною швидкістю від зараз і до початку, до кінця всесвіту, коли всі зірки погаснуть. Але це, якщо ми кажемо про звичайний час і звичайний простір. Тому що коли з'являється гравітація, все стає не так. Простір і час вже незвичні. Якщо всі тіла у вільному падінні рухаються однаково, незалежно від їх будь-яких властивостей, це означає, що гравітація не залежить від самого тіла. Це означає, що гравітація залежить від чого? Від чогось спільного для будь-якого тіла. Тобто що А що є спільного і для камінця, і для пір'їнки, і для аркушу паперу, і для цієї цукерки? Тобто це щось, якесь середовище, в якому і відбувається цей рух. І саме тут з'являється чергова революційна ідея Айнштейна, що гравітація - це не сила, це властивість геометрії простору часу. Всі тіла, якщо вони вільно падаються, вони рухаються по найбільш прямим траєкторіям оцих кривих геометрій. Ну, якщо казати більш коректно, то це не прямі, це так звані геодезичні траєкторії, але, ну, можна вважати, що найшвидші, найпряміші траєкторії. От для нас, як для спостерігачів, ці прямі траєкторії можуть виглядати зовсім по-різному. Якщо це порожнеча, то пряма траєкторія в порожнечі - це просто лінія. Якщо це Земля, то оця геодезична траєкторія на Землі - це є вільне падіння. Якщо ми кажемо про Землю, яка обертається навколо Сонця, то вже вільне падіння для Землі і її геодезична траєкторія, це буде обертальний рух. Але насправді це все один і той самий рух. Просто от геометрія, метрики простору часу відрізняються. Тобто рух вздовж прямої, вільне падіння, рух з планети навколо Сонця - це один і той самий рух. І от тут теж цікаво було б зазначити щодо термінології, тому що під час лекції я іноді вживаю слово гравітація, а іноді вживаю слово тяжіння. Коли ми кажемо от в повсякденному контексті, то це, ну, це мабуть одне і те ж саме. Тобто коли ми кажемо сили тяжіння, ми маємо на увазі те, що нас тягне до землі. Ну, тобто ту саму гравітаційну взаємодію. Тобто гравітація, тяжіння - це одне і те ж саме. Але у фізиці історично між цими двома поняттями є певна різниця. Ну, це це різні мови. Тяжіння - це мова Ньютона. Тяжіння - це сила, яка діє між двома масами. От у нас є два тіла, між ним є сила. Ця сила тягне одне до одного. В нас є тяжінка. А гравітація - це вже мова не Ньютона, це вже мова Айнштейна. У Айнштейна немає вже ніякої сили. Є викривлений простір час. І тіла рухаються в цьому просторі, часі в певній геометрії. Тобто ніхто нікуди нікого не тягне. Тіла завжди рухаються на за найбільш прямою траєкторією по найкоротшому шляху, але у світі, який сам по собі є кривим. Тобто тяжіння - це сила, а гравітація - це геометрія. Вони, ну, ну, це різні мови опису, різні уявлення про те, як побудований наш світ. Коли ми кажемо про слабкі поля, про малі швидкості, про невеличкі маси, то ці дві мови дають абсолютно однакові результати. Тому в наших побутових задачах абсолютно немає різниці, якою з термінологій користуватися. Ми можемо казати сила тягіння, можемо казати гравітаційна взаємодія, без різниці. Але коли ми виходимо за межі, коли ми починаємо розглядати такі об'єкти, як там ті ж самі чорні діри, гравітаційні хвилі, які утворюються при зіткненні, при об'єднанні чорних тір або нейтронних зірок, то там вже мова Ньютона стає недоречною. Ми вже не можемо сказати, що це хвиля тяжіння. Ну ні, з точки зору науки це некоректно. Вона нікуди нікого не тягне. Це взагалі викривлення простору часу, яке передається невеличке викривлення на фоні сталого простору на великій відстані, які ми можемо зафіксувати на детекторах тип типу. Е, тобто це вже не мова Ньютона, це вже мова Айнштейну. Тому до таких об'єктів, до таких речей застосовується лише поняття гравітація, гравітаційна хвиля. Окей? Отже, якщо вільне падіння - це рух по інерції, а інерціальний рух вже не має бути в прямом прямою лінію в звичному нам сенсі, то, ее, неминуче виникає наступний крок. Тобто нам треба переглянути взагалі ідею, що таке є прямолінійність. Коли ми кажемо про Ньютона, то у нього простір і час - це є певна сцена. От театр Шекспір, театр глобус. Події відбувається на тій сцені, але сама сцена жодним чином не бере участь у наших подіях. Оця сцена, вона нерухома, вона незмінна, вона байдужа для того, до від того, що на ній відбувається. Тобто тіла рухаються, сили діють, а простіри часу вони просто є. У загальній теорії відносності ця ідея повністю відкидається. Тобто простір і час перестають бути фотом. вони стають таким самим фізичним об'єктом, як і все решта. Тобто простір і час так само реальні, як матерія чи поле. І саме от тоді, коли ми це зрозуміли, коли вчені це зрозуміли, з'являється поняття простору часу і викривленого простору часу. Ну, коли ми чуємо про це викривлення, відразу виникає асоціація, напевно, з певною там гумовою плівкою, кульками, якимись там красивими картинками з підручників. де ми щось підвисли і щось е викривлюється і в цьому кривому просторі щось рухається. Ну, це корисно для першого знайомства, коли ми лише намагаємося щось зрозуміти, але такі картинки дуже легко вводять в оману. Тобто, ну, що означає взагалі кривий простір час? Е-е, це означає, що змінюються правила вимірювання відстанех і проміжків часу. Тобто те, що ми вважаємо 1ним метром або однією секундою, вже перестає бути однаковим і універсальним усюди. І основна ідея сучасної космології, сучасної теорії гравітації якраз і полягає у тому, що маса нікуди нікого не тягне. Маса змінює геометрію навколо себе. Ну, якщо більш точно, навіть не маса змінює, а змінює енергія. навіть так змінює енергія, змінює тензор енергії імпульса, але для простоти можна вважати, що певною мірою енергія еквалентна маса. Тому маса - це те, що викривлює простір і час навколо себе. І в цьому кривому просторі часі тіла рухаються по певним кривим з нашої точки зору, але найпрямішим з її власної точки зору траєкторіям. Якщо ми кажемо про ньютонівську картину світу, то там маса є джерелом сили. Тобто маса - це те, що тягне. Чим більша маса, тим сильніше вона тягне інші тіла до себе. У енштейнівському світі, у загальній теорії відносності, маса - це вже не джерело сили, не джерело того, що ї тягне, а це джерело викривлення. Маса змінює як побудовані, як влаштовані, як організовані простір і час навколо себе. І тіло не відчуває силу, коли воно падає. Сили тяжіння не існує. Воно просто рухаються по найпрямішій траєкторії в кривому зміненому просторі, в зміненому часі. І саме тому властивості всіх тіл, коли вони падають, абсолютно однакові. Не тому, що однакова сила, яка на них діє, а тому, що однакова геометрія, в якій це відбувається. Тобто гравітація вже перестає залежити від властивостей якогось тіла, що рухається. Вона визначається властивостями простору часу, в якому цей рух відбувається. І оце викравлення простору часу насправді чудово вимірюється. Це не певні здовадки, це експериментальні результати. І найхарактерніший приклад - це світло. От якщо ми кажемо про ньютонівську фізику, якщо ми кажемо про світло з точки зору закону всесвітнього тяжіння, то воно взагалі не повинна нікуди падати. Світло, от незалежно, що таке світло, можна вважати його електромагнітною хвилею, можна вважати його набором фотонів, але в будь-якому разі воно не має масу. Маса світла дорівнює нулю. Ми можемо підставити нуль у закон сусвітнього тяжіння. Якщо нуль помножити на щось, ми отримуємо нуль. Тобто сила тяжіння, що діє на світло, має дорівнювати нулю. І тяжіння не має діяти на світовій промені, але воно діє. Експерименти покажуть, що світло чудово відхиляється в гравітаційному полі. І не тому, що на нього діє сила, а саме тому, що сили тяжіння взагалі не існує. Просто воно рухаються по найкоротшій траєкторії, у просторі часі яких є кривим. Але цей найкоротший шлях, він не є прямою лінією, він визначається геометрією простору часу. Якщо геометрія крива, то й траєкторія світла також буде крива. Ну, з нашої точки зору, з точки зору світла це буде пряма лінія, це буде його вільне падіння. Це викривлення було виміряно ще на початку XX століття і з того часу воно підтверджено з дійсно величезною точністю. У мене є досить велика і досить цікава, я сподіваюсь, цікава лекція про темну матерію. Що це таке з точки зору сучасної науки? Там я якраз розповідаю про цю закладкову субстанцію, яка не діє на інші об'єкти ніяк, крім як силою своєї гравітації. Я розповідаю, як люди змогли побачити, ну, в лабках побачити те, що побачити в принципі неможливо і навіть побудувати картини тривимірні розподілу темної енергії в нашій галактиці, в нашому всесвіті, нагалактиці саме завдяки тому, що світло викривлюється і саме завдяки ефекту так званого гравітаційного лінзування. Ідея цього ефекту дуже проста. От уявіть собі, що в нас є певний об'єкт, певний масивний об'єкт, який знаходиться між нами якимось дуже далеким джерелом, що випромінює світло. Світло від цього далекого джерела, от можете побачити на цьому зображенні, воно буде іти в нашому напрямку. Але так як гравітація - це є виквлення простору часу, то коли світло буде проходити повз цей масивний об'єкт, воно буде трохи змінювати свій напрямок. І замість того, щоб рухатися по прямій лінії, воно буде отак його нібито огинати. Якщо тут, воно буде його огинати зверху. Якщо знизу, воно його буде огонати ось так. І тому замість того, щоб бачити зображення цього далекого об'єкту, як воно знаходиться на прямій, ми будемо бачити його зображення. Нібито світло пройшло ось таким шляхом. Якщо порівняти, то це дуже схоже на рух світла в звичайній збиральній лінзі, тому що ця гравітація саме діє як величезна збиральна лінза розміром з тілогалактику або цілий галактичний кластер. І ми можемо побачити замість одного об'єкта, що знаходиться десь далеко, декілька об'єктів, світло від яких пройшло саме через дію гравітації різними шляхами. І чим сильніше буде це викривлення, тим сильніша гравітаційна дія оцього масивного об'єкту між нами і тим більше там певної маси певної гравітації зосереджено. Таким чином, якщо ми бачимо, що викравлення дуже сильне, ми можемо припустити, що там знаходиться дуже масивний об'єкт і таким чином визначити, де саме він знаходиться, наскільки він масивний, скільки там маси зосереджено. І саме так люди змогли побачити, де знаходиться темна матерія, бо її не видно жодним іншим чином. Але вона викривлює світло. Воно діє як величезна гравітаційна лінза. Це реальні фотографії. Ви можете побачити певні сліди, які саме і є наслідком оцього гравітаційного лінзування. І це зображення не різних об'єктів, а це зображення саме одного і того ж самого об'єкту, світло від якого пройшло різними шляхами, поки воно наближалося до нас. саме через викравлення світла в гравітаційній величезній лінці. Ще більш переконливий приклад, який доводить дійсно, що висновки загальної теорії відносності є коректними, є час. У загальній теорії відносності Айнтайна час - це те, що залежить від гравітації. У Ньютона секунда завжди була секунда. Секунда тут, секунда там. В загальній теорії відносності час по-різному таче в залежності від того, наскільки різні гравітаційні умови, наскільки різні гравітаційні поля. Якщо ми маємо певний годинник, який знаходиться дуже близько до масивного тіла, то час на цьому годиннику буде йти повільніше, ніж якщо той самий годинник знаходиться десь далеко від будь-яких масивних тіл. Тобто масивні тіла викривлюють простір і уповільнюють час. А якщо змінюється час, то змінюється сама структура причинності, послідовність подій, зв'язок між раніше, пізніше. Тобто гравітація - це не те, що відбувається в просторі і часі. Гравітація - це те, що відбувається з простором і часу. Маси не тягнуть тіла одне до одного. Вони змінюють геометрію реальності, а тіла, ну, ну, вони просто рухаються, як їм дозволяє ця геометрія. А що їм ще залишається робити? І саме тому гравітація неминуче пов'язана з часом, бо час - це, ну, це частина тієї ж самої структури, яка взагалі задається оцим викривленням. Ее, побачити, що у гравітаційному полі час тече по-різному, можна не тільки в певних екзотичних експериментах. Це цілком повсякденна технологія, це частина нашої повсякденної реальності, з якою, ну, більш частина населення Землі зустрічається майже щодня. І найвідоміший приклад, де це обов'язково має бути використано - це системи супутникової навігації. Коли ми кажемо про ее навігаційні супутники типу того самого GPS супутників чи інших супутників, то вони обертаються навколо Землі на досить великій висоті. Це означає, що вони знаходяться далі від центру Землі. І це означає, що гравітаційне поле Землі на тій висоті, де воно знаходиться, трохи слабше, ніж там, де знаходимося ми з вами. А це означає, що час там іде швидше, ніж у нас. Тобто час на цих супутниках через слабшу гравітацію повинен іти швидше, ніж на поверхні землі. У своїй лекції про час я розповідав, що там насправді є два протилежних ефекти. Тобто, е-е, у нас є уповільнення часу через швидкий рух по орбіті і у нас є прискорення часу через слабше гравітаційне поле. Вони певним чином один одного компенсують. Якщо ми хочемо отримати дійсно велику точність, то ми зобов'язані враховувати обидва ці ефекти. Так, якщо ми кажемо про наші побутові уявлення, то там дуже невеличка різниця. Це мікросекунди на добу. Це, ну, для нашого життя це ніщо. Але для систем навігації це буде катастрофа, тому що, ну, той самий GPS фактично і є дуже точним вимірювачем часу. От коли ви на на смартфоні отримуєте вашу координату, вона саме і визначається по затримці сигнала від певних супутників. І якщо час на супутниках почне певним чином плести, то й помилка буде величезна. Чим більше помилку часу, тим більша помилка координати. Якщо ви хочете з точністю хоча б до кількох метрів, ви зобов'язані обов'язково враховувати оці всі гравітаційні ефект уповільнення часу. І обрахунки, які б були проведені, обрахунки, які використовуються в реальності на тих навігаційних супутниках, вони ідеально збігаються з загальної теорії відносності. Так що, ну, подобається комусь ідея про те, що наш простір час є кривим, чи не подобається, ну, воно так є. От без врахування цієї кривизни супутникова навігація не буде працювати, а картинки далеких галактик, які можемо побачити в телескопі, будуть абсолютно не такі, як ми їх бачимо насправді через те саме гравітаційне лінзування. І це далеко не всі ефекти загальної теорії відносності, які потім були підтверджені. Чудово відомо, що зараз теоретична фізика значно випереджає експериментально. Якщо в часи Ньютона часто густо теорія відставала від експерименту, тобто експериментатори вже щось наміряли, а теоретики ще не можуть це пояснити. Десь там у X-му, наприкінці X-му, на початку X сторіччя вони стали приблизно на одному тому ж самому рівні. Тобто експериментатори відкривають відразу те, що теоретики передбачають і навпаки. То зараз вже випередження теорії є досить значним і іноді воно сягає навіть сотні років. Те, що теоретики передбачають, експериментатори часто навіть не можуть уявити, як взагалі це виміряти. І лише зараз, у XX столітті ми іноді підтверджуємо те, що теорія відносності запропонувала 100 років тому, там у 1915-16 роках. І найбільш характерний приклад такого передбачення - це так звані гравітаційні хвилі. Гравітаційні хвилі не були якоюсь окремою ідеєю, яку Ейнштейн там вигадав собі, не було йому чомусь цьби робити. Вони з'явилися майже неминуче, коли він створив оцю свою загальну теорію відносини. Якщо простір час - це реальний фізичний об'єкт, який може викривлюватися, то цілком логічно припустити, що ці викривлення можуть певним чином на ньому поширюватися. І через рік після створення загальної теорії відносності, у 1916 році, Ейнштейн показав, що так, дійсно на просторі часі можуть з'являтися певні невеличкі відхилення, які можуть поширюватися зі швидкістю світла на величезні відступи. Тобто, якщо в нас є певні маси, які рухаються асиметрично, прискорено, то вони породжують збурення геометрії простору часу. І от ці зборення геометрії поширюються зі швидкістю світла. І саме ці збурення ми і називаємо зараз гравітаційними хвилями. Ее слід відразу сказати, що це не хвилі у просторі, це хвилі самого простору часу. Це не щось взагалі, що коливається. Це коливання метричних відстаней між подіями. І відразу зрозуміло, чому з ними такі великі проблеми і чому нам знадобилося 100 років, щоб їх відкрити. Гравітація дуже слабка. Гравітація найслабша з усіх взаємодійх. Я про це буду трохи далі говорити в нашій лекції. Це досить велика проблема. Питання, чому вона настільки слабка. А гравітаційні хвилі - це слабкий ефект на фоні і так слабкої взаємодії. Навіть катастрофічні події космосу. От я там злиття чорних дір, злиття нейтронних зірок. Вони створюють на Землі деформацію простору часу, яка за своїми розмірами менша, ніж розмір протона. Причому ці деформації розтягнуті на кілометри. І сам Ейнтайн до кінця свого життя навіть сумнівався, що взагалі оці гравітаційні хвилі мають якусь фізичну реальність, чи якийсь це артефакт його власної теорії. В 30-ті роки навіть виходили його роботи, де він робив помилкові висновки, що гравітаційних хвиль, мабуть, і взагалі не має існувати. Ну, зрозуміло, що навіть наскільки це дивна річ, якщо навіть творець теорії відносності до кінця не був впевнений, що саме означає хвиля, коли ми кажемо про простір час. Але в другій половині XX сторіччя після Другої світової війни ситуація поступово починає змінюватися. та вчені поступово навчилися правильно трактувати, що таке гравітаційна хвиля, е, яка її енергія, як вона має впливати на детектори. І, е, перший справжній прорив у дослідженні таких об'єктів стався у 1974 році. В цьому році два відомих вчених Рассел Галс і Джозеф Тейлор відкрили так званий подвійний пульсар. Це система з двох нейтронних зірок, що обертається одна навколо одної. Цей пульсар дуже відомий. Він має дуже просту назву. От можете її побачити. PSRB1913+16 або він ще називається теж G195 + 1606. Ну, дуже проста назва. І і цей пульсар з такою красивою назвою був дійсно дуже особливий. А в чому його особливість? Коли в школі проходять програму фізики, зазвичай вивчають досить прості закони. От закон збереження енергії, закон збереження імпульсу, закон збереження моменту імпульсу. Якщо ми маємо класичну механіку, якщо ми маємо класичну фізику і якщо ми розглядаємо от певні дві компактні маси, які ніяк не випромінюють енергію і використовуємо ці закони, закони сусфітнього тяжіння, то ми отримуємо, що орбіта цих об'єктів має бути сталою. Тобто закони збереження енергії імпульсу дозволяють, щоб певні тіла нескінченно довго оберталися одне навколо одного. От Земля вже 4,5 млрд років обертається навколо Сонця і не збирається нікуди там падати і буде обертатися навколо Сонця ще, ну, як мінімум, 5 млрд років, поки сонце саме не перетвориться спочатку на червоний гігант, а потім на білий кар, який взагалі зникне, спалає землю, тощо, тощо, тощо. Ну, просто землі немає куди втрачати, випромінювати свою енергію. Так, є певні мізерні приливні взаємодії, але вони настільки нехтовно малі, що про них взагалі можна забути. Тобто класична механіка каже, що два тіла, які обертаються одне навколо одного, нікуди, ніколи одне на інше не впадуть. А от Гас і Тейлор, коли ми досліджували цей пульсар подвійний, якраз і помітили, що ці два компоненти пульсара поступово падають один на одних. Тобто орбіта їх поступово сповільнюється, орбіта поступово стискається і стискається достатньо швидко. Якщо орбіта стискається, то кудись вони повинні, ну, втрачати, виділяти зайву енергію. А куди, куди ця енергія може втрачатися? Насправді от створення гравітаційних хвиль, створення оцих викривлень простору часу, створення викривленої геометрії простору - це єдиний можливий шлях, коли вони можуть втрачати свою енергію. Просто більше немає куди. Якщо порахувати, то це відбувається саме з такою швидкістю, як і передбачає загальна торсності. Це був не прямий, але дуже і дуже і дуже важливий доказ того, що гравітаційні хвилі дійсно існують. Так, на той момент часу їх ще ніхто не побачив напряму, але їх енергетичний слід був абсолютно очевидний. І у 1993 році, через 20 років після свого відкриття, Галс і Тейлар отримали Нобелівську премію саме за це відкриття. Ну, фактично, наукова спільнота вистала, гравітаційні хвилі існують. Так, ми їх ще не бачимо, але вони точно є. Але треба було ще все ж таки в ідеалі провести пряме спостереження. Ідея гравітаційних хвиль, як їх можна детектувати, тобто дослідити, спіймати, побачити, базується на дуже простому принципі. Якщо хвиля цього зміненого простору десь проходить, то вона змінює всі відстані. В одному напрямку простір трохи стає більш розтягнутим, в перпендикулярному він трохи стискається, потім навпаки розтягнутий, стиснутий. І так навпаки, і так відбувається раз за разом певним чином аритмічно тощо. Тобто, що нам необхідно? Нам необхідно взяти дві лінійки, досить довгі лінійки і весь час порівнювати ці дві лінійки між собою. Як тільки ми помічаємо, що одна лінійка стала більш коротка, а інша більш довга, а потім навпаки, то ми робимо відразу висновок, що через ці дві лінійки пройшла гравітаційна хвиля. Дуже просто, дуже чудово, але проблема в масштабах. Типова деформація, яка утворюється на землі через дію гравітаційної хвилі - це приблизно 10 в місте степені. Це означає, що от довжина цієї лінійки буде змінюватися на 1трильйонну від однієї мільярдної. Тобто, якщо взяти лінійку довжиною 4 км, то вона змінить свою довжину на відстань, яка менша, ніж ядро атома. Це настільки малі величини, що зафіксувати цену на перший погляд, здається, взагалі неможливо. Але ні, фізики все ж таки вигадали, як це робити. Це був досить тривалий процес. Весь час покращувались детектори, які це намагалися зафіксувати. І основна мета фізиків якраз була у тому, щоб навчитися вмірвати настільки малі скорочення довжини. Для цього були побудовані спеціальні надзвичайно прецизійні лазерні інтерферометри. Ну, звичайна, лінійка нам тут не може допомогти, але якщо рух вимірювати не порівнянням з певною металевою стрічкою, а з рухом лазера, з рухом лазерного проміня, то це вже могло спрацювати. Найбільш відомий проект по цьому дослідженню називається Legal. Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory. Це американський проект. Він почався ще у 1980 роки. Е, ці це два детектори, які були побудовані біля двох узбережж в Сполучених Штатах Америки на досить великій відстані біля двох океанів. І кожен з таких детекторів, він складається з двох величезних плечей, які, е, розвернуті одне навколо одного на кут 90°. Довжина кожного плеча приблизно 4 км. І по тим плечам весь час туди-сюди бігає лазерний промінь. Це фіксується. Там інтерфераційна картина зникає, виникає відразу. І якщо ми побачимо, що одне з плечей стало хоч трохи коротше, ніж інше, ми відразу можемо бачити це на екрані. Відразу виникає певна інтерференційна картина і ми бачимо, що щось змінилося. Проект складний. Проект дуже дорогий. Головна складність навчитися от вимірювати, де тут насправді гравітаційний сигнал, а де шум. Ну, шум є завжди. завжди є певні там земля коливається, косисмічні коливання, теплові шуми, там різні квантові фруктуації. Ну, десь за кілометр від нашого детектора проїхала машина і вже все, земля починає коливатися. І ми це все теж повинні навчитися фіксувати і відфільтровувати. Ну, років 2030, мабуть, нічого не виходило, але врешті-решт приладі були ще покращені. І 14 вересня 2015 року, через 99 років після відкриття Ейнтайна, одразу обидва детектори Ligo одночасно зафіксували дуже характерний сигнал. От це це короткий сигнал, це час 3 секунди, але форма цього сигналу ідеально збігалася з теоретичними розрахунками, що має бути, якщо десь далеко у космосі зілються між собою дві чорні діри, кожен з яких в 30 разів масивніше, ніж сонце, і перетворять частину себе на гравітаційну хвилю. І якраз ідеальна картина збіглася з тим, що ми бажали б, хотіли б отримати в результаті. От саме, до речі, через це і детекторів повинна бути два, бо якщо на одному детекторі певний шум, який викликаний оточеним оточенням, може бути пояснений, що тут щось відбулося поруч, якщо на двох детекторах ми одночасно фіксуємо те ж саме, то причина, зрозуміло, що може бути тільки космічна. Це був прорив. Я якраз в той час читав для аспірантів на нашому факультеті курс англійською мовою про найбільш актуальні проблеми сучасної фізики. В мене була купа цікавих лекцій. Це були гарні часи. Я розповідав про темну матерію, про темну енергію. Я розповідав про штучні метаматеріали, про ліве середовище. Дуже дивний такий теж об'єкт, про про двомірні кристали, про графен. Там теж фізика абсолютно не така, як в тривимірних кристалах. Я розповідав про високотемперну урну, надпровідність, як взагалі опір в певних тілах зникає, про безон хікса, про нейтринні осциляції, про квантову заплутаність, розповідав, як вона може використовуватися для квантової телепортації, розповідав про охолодження до над низьких температур, про лазерні різні пастки тощо. Гарний був час, аспірантів було багато. Випускники тоді ще досить активно йшли займатися наукою. Ще не всі йшли в IT. Досить пристойний рівень був випускників. Ну, на жаль, зараз вже досить часто немає просто кому такі лекції розповідати. І університетська програма досить сильно спростилася, і рівень аспірантів, на жаль, вже далеко не такий. Певним чином він впав. Ну, неважливо. Якраз в той час, коли я це читав, одна з лекцій, яку я розповідав, була присвячена гравітаційним хвилям. Це ще було до їх офіційного відкриття, але вже після того, як це вимірювання було зроблено. І в мене з певних там наукових зв'язків вже були факти, що науковці отримали. І я я чудово пам'ятаю, яка взагалі тоді була певна ейфорія наукового співтовариства, яка крутилася в цьому середовищі. От настільки точно, ідеально підтвердити те, що 100 років майже вважалися лише певною гіпотезою. Я пам'ятаю, як я казав там аспірантам, що от прямо зараз, коли я вам читаю цю лекцію, гравітаційні хвилі ще офіційно не підтверджені. Якщо це правда, я я б хотів дуже вірити, що це правда. Тоді за кілька хвилин, за кілька тижнів наукове спіртовариство буде в шоці і ми всі отримаємо величезний прорив в розумінні природи нашої реальності. Е, коротше кажучи, все, все, все буде дуже цікаво, все буде дуже чудово. Так, звичайно, що так воно і сталося. Е, те, що зафіксували детектори Ligo це був дійсно гравітаційний слід зіткнення двох надмасивних, не просто надмасивних, масивних чорних дір. От в нас було там наростання частоти, амплітуди, потім фінальний зрив, злив і затухання, так званий chp. І, ее, саме такий сигнал передбачає загальна теорія відносності. І саме те ми і отримали на цих детекторах. І зрозуміло, що коли у 2016 році це було офіційно підтверджено, то ніхто не сумнівався, що таке відкриття заслуговує на Нобелівську премію. І вже в наступному 2017 році за нього цю Нобелівську премію дали. Це досить рідкісний випадок, коли, ну, конкурентів тоді не було, бо всі розуміли, що це настільки значуще відкриття, що просто давати Нобелівську премію за щось інше, ну, немає жодного сенсу. Тобто гравітаційні хвилі дійсно існують, простір, час дійсно може викривлюватися і це викладення дійсно може передаватися як хвиля на величезні відстані, на сотні тисячі, мільйони і мільярди світлових років. І взагалі гравітаційна [сміх] хвиля - це досить дивна річ. Це не потік частинок. Ну, існує гіпотеза про гравітони, я про неї розкажу трохи далі. Це періодична зміна геометрії простору часу, яка переносить енергію та інформацію про джерело, де вона утворилася. Вона взагалі не взаємодіє з речовиною так, як взаємодія електромагнітні хвилі. От від електромагнітнії хвилі можемо якось захиститися. От просто закрили від сонця там чорне скло і вже немає світла. Захиститися від гравітаційної хвилі неможливо. Її неможливо екранувати. Вона не просто проходить крізь щось. Вона відбувається в самому просторі, тобто там, де всі інші об'єкти знаходяться, оцей простір, він саме і коливається. Тому, використовуючи гравітаційні хвилі, ми теоретично можемо бачити події, які взагалі не досяжні іншій астрономії. Тобто, ну, от ті ж самі злиття чорних дір, там внутрішню динаміку якихось там нейтронних зірок, різні стадії там космічних катастроф, які десь можуть відбуватися. потенційно це абсолютно новий тип астрономії. Це так звана гравітаційно-хвильова астрономія. Це коли ми бачимо не світло, коли ми бачимо не частинки, а коли ми бачимо геометрію простору часу. І знов таки потенційно зараз, що звичайно, що ця система не працює на повну потужність, але коли вона запрацює, а це станеться, я думаю, що досить скоро, то вчені зможуть побачити і в найдавніші, в найбільш перші моменти існування нашого всесвіту, коли світло ще не могло поширюватися на великій відстані. Ну, поки що це гіпотези, але напрямок дуже перспективний. Зараз ми знаємо, що ці гравітаційні хвилі з'являються, коли в нас стикаються між собою найбільш екзотичні об'єкти нашого всесвіту. такі, як, наприклад, чорні діри або, е, нейтронні сірки. Ну, хоча в принципі теоретично існують і інші джерела гравітаційні хвилі, але саме ці створюють найбільш потужні гравітаційні хвилі, які нам легко зафіксувати, ну, найлегше зафіксувати серед інших. А причому от коли я кажу про гравітаційні хвилі, я весь час кажу, вони утворюються, коли у нас об'єднуються між собою, зливаються між собою чорні діри. А що таке взагалі чорна діра? Ее зараз я про це розкажу, але перед тим я б хотів зробити невеличкий ліричний відступ. Як я казав, свої рівняння загальної теорії і відносності Айнтайн запропонував у 1915 році. Але він запропонував саме рівняння. Він не запропонував їх розв'язки. Як не дивно, мені досить часто при спілкуванні зі студентами доводиться стикатися з проблемами, які я особисто абсолютно не розумію. І одна з таких проблем полягає у тому, що чомусь, я не знаю чому, дуже багато студентів, ну, не дуже сильних студентів, але нормальних студентів не розуміють різницю між рівнянням і розв'язком цього рівняння. Ну, на шкільному рівні начебто все зрозуміло. От у нас є рівняння там ² = 4. І у нас є розв'язки цього рівняння = + -2. Ну, тут вже розуміння начебто є. Але коли ми переходимо до фізичних рівнянь, то зрозуміти, що оце є хвильове рівняння, а це є розв'язком хвильового рівняння, що це є рівняння гармонійних коливань, а це його розв'язок, вона чомусь дуже складна. Рівняння - це математичний опис певної залежності. Це залежність чогось від чогось. Це твердження, як взагалі от потенційно між собою пов'язані певні величини. Рівняння не каже, що саме відбувається в певній конкретній ситуації. Вона каже, якщо щось відбувається, то от такі правила, за якими воно відбувається. А розв'язок рівняння - це саме конкретний сценарій. Тобто це відбувається саме тут, саме за таких умов, саме в цьому середовищі, саме з цими початковими даними. Ну, можна сказати, що рівняння - це певні правила гри. От правила гри в футбол. Вони кажуть: "Скільки там триває тайм, як треба забивати голи, як треба рухатися, що може робити воротар тощо. А розв'язк рівняння - це окрема конкретна партія. Це конкретний зіграний матч, там Динамо-Шахтар чи щось інше". І коли ми кажемо про загальну теорію відносності, то Айн саме розробив, опублікував рівняння гравітаційного поля, а не його розв'язки. Він, е, показав, яким чином залежить між собою певні величини, а не що відбувається в реальності. І ми вже більше ніж 100 років шукаємо поступово різні розв'язки рівняння Ейнштейна, причому навіть наближено. І навіть зараз у нас існує лише кілька таких точних розв'язків лише в найпростіших ситуаціях. Причому далеко не факт, що всі розв'язки, які ми знаємо, існують в реальності. Є досить багато об'єктів, які можливі з точки зору рівняння теорії відносності. Тобто вони є його розв'язками, але не факт, що вони існують в реальності. Ну, ті самі там кротові нори, біля діри тощо. Ну, як розв'язки вони є, а як реальні об'єкти особисто я сумніваюся. І от коли Айн опублікував свої рівняння, майже відразу фізики почали шукати їх розв'язки. І перший розв'язок рівняння Ейнштейна запропонував у 1916 році відомий німецький астроном Карл Шварцльд. Він його розв'язав для найпростішої ситуації. Це сферично-симетрична маса. така кулька. І він обрахував те, що ми зараз називаємо чорною дірою. Це не його термін. Він тоді не знав ні про які чорні діри. Цей термін взагалі був вигаданий, популяризований значно пізніше. Ну і такі чорні діри, мабуть, є одним з найбільш популярних в сучасній масовій культурі ефектів загальної теорії відносності. Причому часто ці чорні діри показують як певну там, не знаю, чорну кульку, що поглинає світло. Ну, дуже примітивно. Фізична чорна діра - це ніяка не діра взагалі. Ну, в нашому всесвіті немає ніяких дір. Це просто область простору часу, де геометрія настільки викривлена, що всі траєкторії ведуть тільки всередину і жодна траєкторія не виходить назовні. Тобто це не те місце, де в нас завелика сила тяжіння. Ну, я взагалі взагалі казав, сили тяжіння не існує. А це місце, де будь-який об'єкт зі збільшенням часу може рухатися тільки в один бік в просторі і ніколи не може рухатися в зворотній. Шварцльд отримав цей розв'язок виключно математично. Він показав, що будь-яке тіло, якщо його достатньо сильно стиснути, формує певний об'єкт, біля якого викривлення простору часу стає настільки сильним, що з'являється так званий горизонт подій. Це певна межа, за якою нічого, навіть світло не може втекти. Цей горизонт має певний розмір, має певний радіус. На честь свого відкривача він зараз називається радіусом Швардшильда. І якщо вся маса певного тіла вміщається всередині цього радіуса, то простір час поводиться принципово інакше. З'являється границя, після якої всі можливі шляхи і для частинок, і для світла, і для будь-чого ведуть тільки в один бік. Просто для розуміння, наскільки сильно треба стиснути тіло, щоб воно перетворилося на чорну діро. От якщо ми зберемо Землю, нашу планету, щоб Земля стала чорною дірою, її треба стиснути до кульки розміром 9 мм. Тобто, якщо всю нашу планету стиснути от в таку кульку, вона почне вести себе як невеличка чорна діра. Причому навіть це буде розмір не чорної діри, це буде розмір її горизонта подій, це буде і радіус Шварчельда, чорна діра. Що це таке? Ну, це область всередині цього радіуса. І дуже важливо правильно розуміти, що горизонт подій - це не якась там поверхня, це там, ну, не якась там мембрана, не якийсь бар'єр, не якась оболонка. Ну, якщо ви будете перетинати цей бар'єр чорної діри, ви взагалі нічого не відчуєте. Немає ніякого там удару, стрибка. чогось ще немає ніякого краю всесвіту. Ну, принаймні так теоретично має бути, якщо ми кажемо про великі чорні діри. Якщо там мале мала чорна діра, там буде величезний приливний градієнт, там відбувається так звана с спатифікація, коли тіла через приливні взаємодії будуть розтягнуті, але це вже тема для абсолютно іншої лекції. Ця спагетифікація, вона розриває будь-яку матерію в будь-якому разі. Горизонт подій - це межа причинності. Це, так би мовити, межа між двома областями в просторі часі, де майбутнє всередині вже більше ніяк не пов'язано з зовнішнім світом. Тобто це межа, яка розділяє геометрію, от весь наш простір і час на дві частини. На ту, що залишилася назовні і на ту, що всередині. І сама структура простору часу не дозволяє жодному об'єкту рухатися із внутрішньої частини в зовнішню. Тобто, коли ми знаходимося ззовні градієнта, у нас є вибір. Ми можемо наближатися до чорної діри, можемо віддалятися від неї. Ми можемо з часу зменшувати відстань, ми можемо з часом збільшувати відстань. Коли ми знаходимося всередині чорної діри, у нас така альтернативність зникає. Тобто координата стає схожою на час. час рухається тільки в один бік, вперед. А коли ми знаходимося всередині чорної діри і координата рухається один лише тільки в один бік до центру нашої чорної діри. І це не якісь там затягування, це, ну, це просто геометрія простору часу стає така в цьому місці. І коли ми хочемо, ну, не хочемо, коли ми будемо наближатися все ближче і ближче до нашої чорної діри, до її центра, то там в самісінкому центрі знаходиться об'єкт, який зараз називається гравітаційна сингулярність. Ее, що це таке, насправді точно ніхто не знає. Це, ну, якщо ми кажемо про загальну теорію відносності, то це точка, де простір стає нескінченно кривим. Що таке нескінченна кривизна простору часу? Важко сказати, простіше сказати так: це місце, де фізика вже не працює. Тобто цілком можливо що сингулярність - це взагалі не якийсь реальний об'єкт. Ну, це більше сигнал про те, що загальна теорія відносності не є остаточною. І якщо ми хочемо дослідити цю сингулярність, нам обов'язково треба вигатувати щось нове. Тобто це фактично якраз і є та саме межа застосувань загальної теорії відносності, про яку я казав раніше. Тобто для сингулярностей загальна теорія відносності не застосовна. Що це таке, ми не знаємо. Теорій, які б могли це пояснити, у нас не існує. Крапка. От обрахована Шварчильдом Чорна діра - це не єдиний розв'язок рівнянь, який люди отримали через пів століття після нього у 1900, здається 63 році Ройкер знайшов інший розвиток розв'язок цього самого рівняння. Він додав до того, що простір час кривий, ще те, що простір час може обертатися. І таким чином він отримав чорні діри ще обертаються. Ну, це ще більш такий дивних і загадковий об'єкт, коли простір, час починає закручуватися, там з'являється внутрішній зовнішній радіус, там з'являється певна ергосфера, з'являється різниця у формі горизонтовних подій, багато чого іншого. Ну, що таке закручений простір час? Знову ж таки, це не та тема нашої сьогоднішньої лекції. Коротше кажучи, з'являється область, де неможливо залишатися нерухомим. а-а не тому, що в нас на нас певна дія сила, а тому, що простір, ну, простір і час саме в нас такий кривий. Звичайно, що чорні діри - це дуже екзотичні об'єкти і так само, як гравітаційні хвилі, їх відкрили далеко не одразу. Е, як і гравітаційні хвилі, на початку багато людей навіть не вірили, що такі ефекти можуть взагалі існувати. Їх вважали певною математичною дивиною. Але спостереження поступово зробили свою справу. астрономи почали помічати надзвичайно компактні і дуже масивні об'єкти. Ну і взагалі коректно було б не казати: "Астрономи відкрили чорну діру". Коректно було б сказати так: астрономи відкрили об'єкт, який має такі ж властивості, які б мала і чорна діра. Тобто, якщо щось виглядає як чорна діра, веде себе як чорна діра, має такі ж параметри, як мала б чорна діра. Ну, ну, мабуть, це і є чорна діра. Таких об'єктів відомо зараз вже достатньо багато. Існують масивні об'єкти, існують дуже масивні об'єкти, існують надмасивні об'єкти. От, наприклад, як об'єкт стрілець, а зірочка, який знаходиться в сузірлії стрільця і як вважається, він є центральною частиною нашої галактики. Кмацьський шлях. І вся наша галактика обертається навколо тієї надмасивної чорної діри, яка має мас у кілька мільйонів мас сонця. Я більш детально розповідаю про чорні діри у своїх лекції про мегасвіт. Я розповідаю, що зірки еволюціонують і що якщо в нас є достатньо масивна зірка, то на останніх етапах своєї еволюції вона може після стадії червоного надгіганта перетворитися на чорну діру. Ну, можливо, це так. Е, не буду на цьому зупинятися тут більш детально. Скажу лише те, що чи не найяскравіше підтвердження існування чорних дір. Це от, як ви можете бачити, певна, ну, в лабках фотографія чорної діри, яку людство зробило у 2019 році. Ну, це не сама чорна діра. Це це цін чорної діри. Це це вплив чорної діри на світло навколо. Ну, фактично це пряма візуалізація геометрії простору часу. Тому що, звичайно, що побачити чорні діри напряму дуже важко. В нас є певна надія на ті самі гравітаційні хвилі, про які я казав трохи раніше. Саме чорні діри, особливо коли вони зіштовкуються одна з одною, є їх найбільш найбільш характерними джерелами. Е-е сигнали Ligo, вони якраз походять дуже часто від таких подій. І коли вони разом з італійським детектором Virgo почнуть працювати на повну потужність, ну, певним чином вони вже працюють, вони вже час від часу відкривають такі зіткнення. Коротше кажучи, людство з'ясувало, коли це все почалося, що зіткнення чорних дір відбувається досить поширено в нашому всесвіті. Значно поширеніше явище, ніж ми уявляли раніше. Тобто чорних дір має бути достатньо багато, хоча, звичайно, що ми їх не бачимо у такій кількості. За методом тріангуляції можна буде з'ясувати, де саме вони знаходяться. За запізненням можна буде певним чином порахувати, коли саме це відбулося, наскільки були масивні ті чорні діри. Ну і, коротше кажучи, багато чого іншого. Тобто гравітаційна астрономія - це, мабуть, один з найкращих способів потенційних для вивчення чорних дір, які ми колись будемо мати. Причому, коли люди чують про чорні діри, вони, як правило, уявляють собі щось, ну, дуже масивне, щось грандіозне у космосі. Але фізика не каже, що чорні діри мають бути дійсно величезними. Е-е, теоретично, я не кажу, що це реально, але хоча б теоретично можуть існувати так звані мікроскопічні чорні діри. Вони могли десь утворитися в ранньому всесвіті під час флуктуації щільності, коли вона була досить велика після великого вибуху. Маса таких мікроскопічних чорних дір буде може бути дуже малою. І якщо порахувати максимально точно, то в нашому світі існує певна мінімальна маса, яку може мати чорна діра. Ця маса називається масою планка. Вона виводиться з фундаментальних констант нашого всесвіту і вона приблизно дорівнює 22 мк. Це щось вже порівняно з розміром найменших з масою найменших комах, наприклад, які живуть на Землі. І саме такою такої маси 22 мкг і може бути мінімальна чорна діра. Ну, якщо казати ще точніше, то це певна межова маса. Це з однієї сторони мінімальна маса для чорних дір, а з іншої сторони це максимальна маса для елементарних частинок. Тобто, якщо щось менше за масу планка, то це може бути дуже важка елементарна частинка. Якщо трохи більше, то це буде може бути дуже легка чорна зіра. Ну, це таке. Е-е, так, ми їх станом на зараз поки що не спостерігаємо. Чому? Тому що є ще одна особливість чорних дір, яку досить часто опускають при їх популярному досліді, описі. Якщо чорна діра поглинає все, що в неї потрапляє, а це дійсно так, вона дійсно поглинає абсолютно все, то у людей виникає така думка, що вона при цьому нічого не випромінює. Але це не так. Як показав відомий британський фізик Стівен Хокінг, про якого я дуже багато згадував в своїх минулих лекціях, в лекціях про теорію великого вибуху, про гравітацію, про час, чорні діри насправді можуть випромінювати. Це певний квантовий процес. І на честь свого відкривача цей процес називається випромінюванням Гокінга. Це фундаментальна і досить дивна річ. Вона означає, що чорні діри насправді не є абсолютно чорними. Я не буду вдаватися в подробиці цього процесу, але лише скажу, що чим менша чорна діра, тим швидше вона випаровується. Якщо надпасивні чорні діри, от ті самі діри, які знаходяться в центрі нашої галактики або просто діри зоряних мас, можуть випаровуватися там трильйони, трильйони трильйонів років, якщо взагалі колись вони випаровуються. То коли ми кажемо про мікроскопічні чорні діри, вони випромінюються, вони випаровуються за 1 трильйонну від однієї трильйонної від однієї трильйонної секунди. От. От найменша можлива чорна діра, оця сама діра з масою планка, вона ма мала б зникнути приблизно за 10 в міну44 степені секунди. Це за так званий планківський час. Тому нам не слід лякатися, що якщо хтось там на великому адронному колайдері, зіштовхуючи частинки елементарні між собою, колись створить чорну діру, яка затягне у себе землю. Ні, такого не станеться. Навіть якщо під час таких експериментів дійсно якась мікроскопічна чорна діра з'явиться, навіть якщо хтось колись щось подібне створить, вона майже миттєво через випромінювання хокінга випароветься, зникне. Тому що, щоб чорна діра мала бути стабільна, вона має бути достатньо велика і масивна. Маленькі чорні діри дуже нестабільні. Наскільки мені відомо, станом на зараз немає певних експериментальних підтверджень ані існування оцих маленьких мікроскопічних чорних дір, ані реальності випромінювання Хокінга. Ну, але начебто ніхто з фізиків не сумнівається, що вони мають існувати, що цей процес має відбуватися. Тобто тут особливих сумнівів немає. Просто треба його якось зафіксувати. Ну, воно має бути, але проблеми з вимірюванням. Там є десь, до речі, і інші проблеми. Випромінювання Хокінга робить щось абсолютно незрозуміле з інформацією. В чому тут справа? А будь-яка частинка, яка потрапляє в чорню діру, несе з собою певну інформацію про про наш світ. Ну, що це була за частинка? Там певні в неї були квантові числа, певні взаємодії, певний стан. Ее вона була якоюсь, а потім вона впала в чорну діру. І ця інформація має назавжди бути втрачена для нашого всесвіту. А далі відбувається випромінювання Хокінга. І ця інформація, яка була втрачена в чорні діри, має певним читом начебто виходити назовні, але вона не виходить. І якщо чорна діра потім повністю випаровується, то виникає питання, куди поділася інформація про все те, що тоді впало? Коли туди щось паде, інформація є. Коли виходить, інформації вже немає, куди вона поділася. Це це досить сильний конфлікт з квантовою механікою. Квантова механіка нам каже, що інформація у фундаментальних процесах не має нікуди зникати, а вона начебто зникає. Начебто чорна діра все в себе затягує, потім щось випускає, а інформацію, куди вона її діває, не знаю. Ніхто не знає. Є різні варіанти, як цю проблему вирішити, але, ну, це виходить за межі нашої лекції. І остаточної відповіді на те, куди дівається інформація, яка потрапляє в чорну діру, станом на зараз людства поки що немає. В будь-якому разі, хоча це лише станом на зараз теоретична конструкція, е, ідея, саме це випромінювання Хокінга відкриває нам двері до поєднання от квантової механіки і гравітації. І, мабуть, це поєднання є однією з найбільш важливих, найбільш глобальних проблем з сучасною фізикою. Я вже згадував про цю проблему в своїх минулих лекціях. Коли я розповідав про квантовий світ, я казав, що при всьому глибинному розумінні, як побудований наш світ на квантовому рівні, ми не можемо стверджувати, що ми зрозуміли наш всесвіт, поки ми не поєднали квантовий світ, світ маленького з загальної теорії відносності, з теорією гравітації. Поки що, на жаль, станом на зараз вони абсолютно несумісні між собою. Ми знаємо, що в нашому світі існує кілька взаємодій. У нас існує електромагнітна взаємодія, слабка взаємодія, сильна взаємодія. Ми чудово навчилися описувати ці взаємодії в рамках квантової теорії поля. Ідея дуже проста. У нас є поле, яке заповнює весь всесвіт. У цього поля є певні збудження. Ті збудження кожного поля ми називаємо частинками. Ці частинки певним чином взаємодіють. Вони народжуються, вони зникають. І все це чудово, все це прекрасно узгоджується з експериментами, які ми станом на зараз можемо провести. Весь наш світ виглядає як певний океан квантових полів. Я про це вже згадував в своїй лекції про квантовий світ. Немає ніяких порожнеч в нашому світі. Є вакуум. Вакуум повний свого власного життя. І ця картина, яка була побудована квантовими теоріями поля, працює настільки добре, що передбачає результати з точністю там до 10ти знаків після коми. Це одна з найбільш успішних [сміх] теорій взагалі в історії науки. І от в цей акуратно вибудований світ ніяк не може бути додана гравітація. Вона не є полем, вона не є частинкою, вона взагалі не є взаємодією в тому сенсі, до якого ми всі звикли. В загальній теорії відносності гравітація - це не щось у просторі часі. Це сам простір часу. Це його геометрія, це його структура, його спосіб існування. І тому, якщо ми хочемо побудувати квантову теорію гравітації, ми спочатку повинні зрозуміти, що саме ми маємо квантувати, що саме ми маємо поділити на певні дискретні шматки. поле, але в загальній теорії відносності, ну, гравітаційного поля взагалі в звичному сенсі начебто і не існує. Метрику, тобто відстані між подіями, але метрика - це це не об'єкт у просторі, це спосіб вимірювання самого простору. Геометрію, ну, але геометрія - це не річ. Геометрія - це відносини між певними подіями. Інформацію, знов таки, а де межа тоді між фізикою, теорією інформацію? Тобто, що квантувати? Якщо ми намагаємося діяти по аналогії з іншими теоріями і просто от застосувати до теорії гравітації те, що вже спрацювало для інших теорій, то з'являється дуже багато нескінченностей. І ці нескінченності абсолютно неможливо прибрати іншими фізичними або іншими математичними методами. Ну, якщо з точки зору фізики казати, то це означає, що неможливо провести перенормування. У квантовій теорії поля ми маємо квантові збудження на фоні простору часу. Тобто простір час - це сцена, на якій відбувається певна квантова вистава. У загальній теорії відносності сцени немає. Сцена - це сама частина нашої вистави. Квантова механіка вимагає певного фіксованого часу, по якому буде еволюціонувати наша система. Час не є частиною квантового світу. Я казав у лекції, що таке час. Немає зараз квантового часу. Час - це щось зовнішнє. Це годинник експериментатора, який він використовує, щоб вимірювати квантові події. А в гравітації час - це вже певна динамічна змінна. В гравітації час залежить від розподілу маси, від розподілу енергії. Він різний в різних точках простору. Він сам підлягає рівнянням руху. Тобто квантова механіка розглядає, як система змінюється з часом, а гравітація намагається зрозуміти, що таке взагалі час. І ми про гравітацію дуже багато чого станом на зараз ще досі не знаємо. Ми навіть не знаємо, чи є гравітація фундаментальною взаємодією, бо цілком можливо і такі теорії дійсно існують, що гравітація насправді це певне похідне явище. Ми не знаємо, чи простір час є певною базовою сутністю, чи насправді простір час випливає з чогось ще більш глибокого, про що ми поки що не маємо розуміння. Ми не знаємо, що нам квантувати, чи квантувати нам геометрію, поділити весь світ на маленькі якісь шматочки просторої часу, чи сам принцип причинності. Але хоча ми цього всього не знаємо, це нам не заважає робити певні припущення. Більш того, це е не заважає нам вивчати особливості квантів гравітаційного поля, навіть за умови, що ми абсолютно не впевнені, що вони існують. Ну, для фізики це нормально. Тобто ми не знаємо, чи існує певне явище. Ну окей, не знаємо, але нам не заважає це досліджувати це можливо і неіснуюче явище. І одне з припущень, як треба квантувати ее гравітацію, виникає майже відразу після відкриття загальної теорії відносності і після відкриття квантової механіки ще в 1930 років. Це припущення про існування так званих равітонів. Ну, якщо казати так більш глобально, то це пряма логіка квантової теорії поля. От люди взяли квантову теорію поля і механічно перенесли її на гравітацію. От люди зрозуміли, є поле. Якщо є поле, є певна взаємодія і є певний он, який цю взаємодію переносить. От є електромагнітне поле, є його переносник фотон, є слабка взаємодія, є його її переносники, це Z і W. базони, векторні базони. Є сильна взаємодія, є її переносник Ліон, ну, там декілька тіголіонів. Цілком логічно припустити, що якщо в нас є фотон, базон, глюон, то має бути, якщо є гравітаційна взаємодія, теж її переносник. Ну, давайте назвемо його гравітон. Логічно, начебто. Але ця логіка насправді може виявитися досить хибною. Гравітон - це не є квант гравітації. Гравітон - це є квант малих збурень метрики на плоскому фоні простору і часу. Ми беремо плоский час і в цьому плоскому просторі часі у нас відбувається, ну, уявимо собі, як це певна поверхня моря. І от на цій поверхні моря у нас відбуваються певні дуже маленькі хвильки, якщо глобально оцей простір час трохи збурюється. Далі ми рахуємо особливості тих зборень і ми рахуємо, якими вони мали б бути. І дійсно, якщо це порахувати, то ми отримаємо щось, що можна трактувати як частинку, як квант гравітаційних збурень, як той самий гравітон. А-а, ці збурення передаються на нескінченну відстань, бо гравітація вона нічим не обмежена, тому і гравітон має бути, як і фотон, без масовою частинкою. Ну, можна порахувати, яке там в нього має бути поляризація, показати, що він має мати спін так званих, який дорівнює двійці. Ну, коротше кажучи, в нього є мали бути певні властивості, але треба звернути увагу, що тут заховано у припущеннях. Ми припускаємо, що у нас існує гладкий простір часу. Ми не питаємо, звідки він береться. От просто він є. Все. Далі ми припускаємо, що він є фоном. От сам по собі. І ми квантуємо не сам простір, час, фон, а ми квантуємо маленькі флуктуації на фоні цього фона. Це не квантова гравітація, це квантова теорія на фоні класичної гравітації. І навіть якщо зараз якимось там дивом нам вдасться виявити гравітон, це принципово нічого абсолютно не змінить у нашому розумінні гравітації. Це буде чудово. Так, ми доведемо, що така частинка існує. Ми допишемо ще одну комірку кудись там в стандартну модель, але до розуміння, як саме зіставити квантову теорію і теорію відносності, ми при цьому майже не наблизимось. Його відкриття, ну, якщо воно колись дійсно буде, а багато вчених вважають, що ніякого гравітона, як фундаментальної частинки, взагалі не існує. От його відкриття не буде означати, що простір час дискретний. Воно не буде означати, що там геометрія складається з квантів. Воно не буде означати, що ми зрозуміли, що таке гравітація. На фундаментальному рівні це нам ніяк не допоможе. Це буде лише підтвердження того, що загальна теорія відносності коректно працює в режимі слабких зборень. Ну, чудово. Але вона, ми і так знаємо, що вона чудово працює в цьому режимі. Ми і так знаємо, що гравітаційні хвилі, а це фактично вони є, існують і в їх властивості саме такі, який ми мали б передбачити. Тобто це буде цікаве відкриття, але не фундаментальне відкриття. І воно нас майже не наблизить до розуміння того, як побудований сам наш всесвіт. Причому цей гравітон, навіть якщо він колись буде знайдений, навіть якщо він в реальності існує, він настільки слабко взаємодіє з речовиною, що, ну, для мене особисто його виявлення виглядає як певна фантастика. Ее я не уявляю, як його взагалі можна якось детектувати. Ну, якщо подивитися, який має бути детектор Гравітона, то це має бути детектор, який розміром з нашу планету, який температурою холодніше, ніж космічний хвилевий фон. І експерименти по дослідженню цей детектор планетарного розміру має проводити мільярди років. Ну, виглядає щось як фантастичне. І навіть такий гравітон, е, такий детектор навряд чи має якісь шанси гарні знайти гравітон, але хто його знає. Часто густо вчені відкривають щось досить нове, несподіване, новими методами. Станом на зараз методів експериментального відкриття гравітонів я для себе не бачу. І хоча така частинка може існувати, а може і не існувати, це принципово нічого не змінить в нашому розумінні квантованості гравітації. В будь-якому разі, е-е, відповідь на те, що саме є квантовим, от поле гравітаційне, геометрія, інформація, це взагалі щось четверте, п'яте, шосте. гравіта гравітон нам жодним чином не дасть. Тому нам слід шукати щось інше. Ми маємо дві теорії. Кожна з цих теорій чудово працює в своїй області. Квантова механіка чудово працює в області малого. Загальна теорія відносності чудово працює при гравітаційних полях. Разом вони не працюють взагалі. І коли таке відбувається у фізиці, ну, як я це бачу, три найбільш перспективні варіанти, як вийти з цього глухого куту. Перший варіант - це зробити вигляд, що гравітація така ж сама, як і решта взаємодій. Це фактично те, що я тільки що казав. Другий варіант: визнати, що гравітація є особлива і міняти саму структуру простору часу. Третій варіант, припустити, що ані простір, час, ані гравітація не є фундаментальними взагалі і шукати щось взагалі інше. Давайте трохи поговоримо про кожен з шляхів, як би ми могли узгодити потенційно теорію відносності загальну та квантову механіку. Перша йде квантова гравітація за зразком інших сил. Ну, насправді, я про неї вже тільки що майже і розповів, коли казав про гравітон. Це найбільш інтуїтивний підхід. Якщо електромагнітна взаємодія описується квантами світла, фотонами, то, ну, чому б не зробити те саме з гравітацією? От саме так з'явилася ідея тільки що складеного гравітона, гіпотетичного, дуже гіпотетичного квантового збудження гравітаційного поля, малих флуктуацій гравітаційного фол поля на фоні сталого простору часу. На папері виглядає все дуже красиво. От беремо наш простір час, е, точніше, беремо метрику простору часу, це не так важливо. Е-е, виділяємо основний простір час, як певний фон. І на цьому просторі часі у нас буде відбуватися як певні хвильки, як певні флуктуації, збурення. І ці збурення ми можемо порахувати, як рахують хвильки на поверхні води. Ми можемо їх певним чином проквантувати, тобто вважати, що ці збурення складаються з певних дискретних частин. І отримуємо ми, ну, нескладним чином, нескладним для фізики вчином саме і ті самі гравітони. Це нескладна процедура. Ну, давай так. Для фізиків це не складна процедура. Вона вже була виконана для інших взаємодій. Вона вже дала чудові результати. І коли це зробити для гравітації, там дійсно починаються проблеми. Теорія починає сипатися. І не тому, що вона складна, а тому, що на кожному новому кроці у нас з'являються нові якісь там нескінченності. І це означає, що ідея таким чином квантувати гравітаційне поле скоріш за все сама при собі є невірною. Ми намагаємося квантувати, розбивати на певні частинки щось, що не є полем в звичному сенсі. Ми намагаємося розкласти на частинки те, що є самою реальністю, що визначає саму можливість існування частинок. Тому поки що підходи до гравітації, які аналогічні підходом до інших полів, виглядають досить безперспективними і скоріш за все вони виявляться невірними. Другий підхід, е, більш радикальний. Він починається з досить простого запитання: а що, якщо помилкове саме припущення, що простір і час є гладким? У загальній теорії відносності простір і час безперервний. Між будь-якими двома подіями завжди є ще одна. Між будь-якими двома точками нескінченно багато інших точок. Ми можемо ділити наш час і наш простір на шматки, які будуть як завгодно малі. І вони все ще будуть залишатися від цього часом і просто. Але квантовий світ вже давно нас привчив до іншого. Енергія квантується, заряд квантується, спін квантується, момент імпульсу квантується. Все може бути розбито на окремі дискретні порції. То чому б взагалі не вважати, що і простір, і час теж можуть нтуватися, теж можуть бути розбиті на окремі порції. І саме на основі цього припущення виникає так звана петльова квантова гравітація. В цій теорії гравітації, е, простір час - це вже не певне неперервне полотно, на якому намальований наш світ, а це мережа певних [сміх] вузлів і зв'язків між ними. Це мінімальні кванти площі, кванти об'єму. У такій картині світу вже немає сенсу казати про нескінченно малі відстані, бо ніщо не може бути меншим за один квант простору, за один дискретний розмір, за один дискретний елемент часу. Це дає нам досить багато переваг, коли ми розглядаємо теорію. Ну, по-перше, немає ніяких сингулярностей. Що таке сингулярність? Сингулярність - це не точка. Сингулярність - це вже певна мінімальна, але цілком реальна довжина. Якщо ми кажемо про великий вибух, з якого почалася наша історія нашого всесвіту, то він перестає бути точкою з нескінченною установ'ю. Він стає переходом між різними квантовими стадіями геометрії, між різними квантовими станами геометрії минулого і наступного всесвіту. І взагалі ніяких нескінченностей вже немає. Звідки беруться нескінченності? Ну, як правило, нескінченності у фізиці з'являються тоді, коли ми намагаємося щось не нуль поділити на нуль. А тут немає нулів. Тут є мінімальні дискретні розміри, мінімальні дискретні проміжки часу. А якщо ділити на число, навіть дуже маленьке, то ніяка нескінченність нікуди не виникне. Це надзвичайно красива ідея, але є проблема. Ми досі не знаємо, як з цієї дискретної геометрії народжується звичний нам гладкий простір часу, бо в загальній теорії відносності він саме сгладкий. І ще важливіше, ми абсолютно не розуміємо, як це теоретично можна перевірити експериментально. Тобто це цікава теоретична гіпотеза. Це чудова теоретична гіпотеза. Але як доведений факт, на жаль, поки що ні. На жаль, поки що ми не можемо стверджувати, що це дійсно так і є. Третій підхід полягає у тому, що ми можемо пропустити, що гравітація не є чимось фундаментальним взагалі. Ми можемо припустити, що гравітація - це наслідок чогось ще більш глибокого, якоїсь взаємодії, яка від нас прихована, але яка проявляє себе на вищих рівнях, як гравітація. Тут можна згадати про той самий голографічний принцип або ідею гравітації, як ентропійної сили. Це звучить, відразу скажу, досить дивно. Тобто ми можемо вважати, що простір і час - це не фундаментальні величини, а фундаментальною, наприклад, є інформація. І в цій картині світу те, що ми називаємо викривленнями простору часу, це лише наш опис певної статистичної поведінки квантових ступенів свободи, які живуть десь значно глибше в інших реальностях. Ми бачимо не реальні об'єкти, ми бачимо лише ціні реальних об'єктів. І саме ці ціні ми називаємо геометрією. А реальний світ може бути абсолютно не такий. Взагалі реальний світ може бути не тривимірний. Реальний світ може бути двовимірний. Тобто це ідея, що насправді наш всесвіт - це величезна голограма, це величезне плоске полотно. А ми, люди, які живуть всередині цього полотна, бачимо його як тривимірність. Хоча тривимірним він зовсім не є. І цей підхід чудово пояснює, чому такі великі проблеми квантувати гравітацію, чому це нікому не вийшло. Тому що неможливо квантувати те, що не є базовим об'єктом. Квантується лише базові величини нашого простору, нашого часу, нашого всесвіту. Звичайно, цю ідею ще складніше перевірити. Я трохи далі розкажу ще про ентропійну гравітацію. І, ну, далеко не всі фізики приймають подібні ідеї, але чому б ні? Можливо, саме ця ідея виявиться вірною. Скажу чесно, я не знаю. Такі ідеї є, але остаточної відповіді поки що, на жаль, немає. Якщо певним чином підсумовувати, то я не знаю, наскільки далеко ми ще відкриття справжньої природи гравітації. Ну, мабуть, ніхто це не знає. Ми перебуваємо в стані глибокого непорозуміння, але дуже гарно локалізованого. Ми точно знаємо, де проблема. Ми точно знаємо, чому методи не працюють, але ми ще не знаємо, що з ними робити. А коли вченим не вистачає знань, що вони роблять? Правильно, вони шукають нові експериментальні факти, бо фізика - це в першу чергу експериментальна наука, і вона базується на реальних дослідах, але не лише на теоретичних конструкціях. Отже, давайте трохи поговоримо про те, де саме сучасна наука шукає квантову гравітацію. І, на жаль, ее з пошуками тут не все так просто. У нас немає якоїсь такої магічної кнопки. От ввімкнути квантову гравітацію. натискаєш і вона починає відразу там десь на великомуронному колайдері працювати в церні і все, прилади зафіксували, все чудово. Квантова квантова гравітація - це взагалі не той ефект, який десь там шукають. Це ефект, який має видати сам себе тоді, коли класична картина просто перестане працювати. Тобто він повинен видати себе в тих місцях, де вже не застосовані загальні формули теорії відносності. А таких місць насправді у нашому всесвіті не так вже і багато. Найочевидніше місце, де можна шукати квантову теорію гравітації - це ранній всесвіт. Це всесвіт, який існував майже відразу після великого вибуху, приблизно 13,7 млрд років тому. Е-е тому що загальна теорія відносності чудово працює, поки наш світ недостатньо кривий. Але якщо ми відматаємо історію всесвіту назад в часи, коли все було близьке до оцієї самої початкової сингулярності, ми неминуче переходимо до стану, де густина енергії стає просто колосальною. В мене є кілька лекцій про Великий вибух, де я розповідаю, що історія нашого всесвіту розпочалася з так званої космологічної сингулярності. Ну і, до речі, не слід путати космологічну сингулярність з сингулярністю всередині чорних дір. Це різні речі. Ну, сингулярність взагалі - це щось, що прямує до нескінченності. Космологічна - це нескінченно щільний стан на початку нашого всесвіту. Всередині чорної діри - це нескінченно щільний стан, який формує оцю цей самий горизонт подій і чорну діру. І от в цій космологічній снгулярності на початку існування нашого всесвіту класична гравітація перестає бути застосована. Так, звичайно, ми не можемо побачити цей момент напряму. Ну, було б добре, але, на жаль, у нас немає машини часу. Ми не можемо туди поїхати, ми не можемо там на місці провести певні виміри, але ми можемо побачити певні відлуння процесів, які тоді відбувалися. І найбільш відоме з цих відлунь - це так зване реліктове мікрохвильове випромінювання. Це фактично фотографія, ну, в лабках фотографія. молодого всесвіту. Це світло, яке утворилося майже відразу після його утворення. Воно там десь подорожувало 13-7 млрд років і нарешті дійшло до нас. Це це відбиток флуктуацій, які існували тоді, коли всесвіт був дуже молодий. Людство запускає спеціальні супутники, астрономічні обсерваторії типу Планка, який працював з 2009 по 2013 рік. І він працював з єдиною метою зробити максимально повну і максимально точну оцю фотографію в лабках цього реліктового випромінювання. Мета якраз зрозуміла зафіксувати найменші, найдербніші флуктуації, які там могли бути. Якщо квантова гравітація справді впливає на структуру простого часу, то вона мала залишити свій слід от в цих флуктуаціях. Наскільки цей слід глибокий? Чи покаже він щось, чи ні, я не можу сказати. Але в принципі ось тут, от на цій картинці, на фотографії всесвіту, в першій міті його існування цілком може бути прихована і квантова гравітація. Ну тільки треба її тут гарно пошукати. Можливо ви її вже бачите на цій фотографії. Ну тільки треба зрозуміти, де саме вона там є. Друге місце, де можна шукати квантову гравітацію - це вже згадані мною чорні діри. Це єдині об'єкти в нашому теперішньому всесвіті, де гравітація гарантовано заходить до межі свого застосування. І важливо підкреслити, що ми шукаємо квантову гравітацію не всередині чорної діри, тому що все одно ми туди не можемо зазирнути. Все, що потрапило всередині чорної діри, назавжди зникло для нашого всесвіту. Але ми шукаємо на межі цієї чорної діри. Як я вже казав, горизонт подій чорної діри - це не поверхня. Це місце, де простір і час міняються місцями. Це де майбутнє стає одноправленим. Рух тільки всередину. Тобто напрямок у просторі стає єдиним можливим напрямком в часі. І, звичайно, квантові ефекти неминучі на межі чорних дір біля горизонту подій. І от ідея випромінювання чорних дір, про яку я вже згадував, яка була запропонована Стівеном Хокінгом у 1974 році. Це одна з небагатьох ідей, небагатьох прикладів того, де квантова теорія поля і загальна теорія відносності зустрілись в одному рівнянні і пояснили процес, який відбувається в одному місці і в один той самий час. Але, на жаль, поки що ми не спостерігаємо ці випромінювання, це випромінювання напряму. Можливо, якщо ми дійсно його зможемо бачити і дослідити, ми краще дізнаємося про те, як треба гравітацію квантувати. Ну, але поки що, на жаль, і це лише перспективний напрямок. Станом на зараз у людей немає технологій, немає можливостей досягнути і вивчати це більш детально. Третє місце, де можна шукати квандову гравітацію - це гравітаційні хвилі. Ну, самі по собі гравітаційні хвилі чудово описуються класичною загальною теорією відносності. Але ті місця, де вони народжуються, оці самі зіткнення чорних дір, це злиття нейтронних зірок тощо, це події у просторі часі, які відбуваються в режимах екстремальної кривини. І саме там можуть, знов таки теоретично відбуватися певні відхилення від класичної картини. Ну, певні мікроскопічні ехо після злиття, якісь додаткові моди коливань, якесь, ну, додаткове згасання сигналу, будь-що, що не може бути пояснено класичною теорією. І знов, на жаль, станом на зараз жодних перспективних результатів у нас немає. Всі досліди, які ми провели, чудово узгоджуються з класичною загальною теорією відносності. Чому? Чи шукати далі, напевно, чи знайдемо, не знаю. Можна шукати в інших місцях. Можна дивитися на космічні промені високих енергій, можна там дивитися на якісь там фотони від далеких гама спалахів, на якісь там нейтринні потоки тощо. Ну, на будь-що, що несе інформацію про певні екстремальні події. І, можливо, колись воно щось нам дасть проквантованість. Квантова гравітація надзвичайно глибоко прихована під класичним шаром звичайної загальної теореїв відносності. Всесвіт занадто гарно описується класично. Ми шукаємо не щось грандіозне. Ми шукаємо маленькі відхилення, які б нам лише натякнули, в який бік взагалі дивитися. І можливо до реального експерименту ми навіть в нашому житті ніколи не дочекаємося. Можливо, його ніколи і не буде, а можливо дочекаємося лише через там 10 років. Я не знаю. На жаль, поки що перспективних результатів, які б могли дати відповідь, яка є квантова гравітація ідеї, можна експериментально знайти і людство не має. Можливо, взагалі це кінець звичної нам мови для опису нашої реальності. Ми почали з уявлень Ньютона як про певну силу, потім перейшли до поля, потім до геометрії, а тепер, можливо, нам взагалі доведеться відмовитися від будь-яких фундаментальних уявлень. Ми чудово знаємо, як рахувати гравітацію. Як я вже казав, ми вміємо обчислювати орбіти планет, супутників, траєкторій міжпланетних зондів з величезною точністю. Ми коригуємо GPS, знов таки з урахуванням гравітаційного уповільнення часу і все працює чудово. Ми передбачили форму гравітаційних хвиль і побачили їх саме такими, якими вони мали б бути. Ми знаємо чудово, де загальна теорія відносності працює. Вона працює в нашій сонячній системі, вона працює в нашій галактиці, вона працює при злитті чорних дір. Вона працює у космологіях. Вона працює на масштабах галактик, на масштабах галактичних скупчень, надскупчень тощо. Ми знаємо, з якою точністю вона працює. І жоден експеримент поки що не показав жодних відхилень від передбачень загальної теорії відносності. Але навіть ця ідеальна точність, яку ми маємо, насправді нам не дає інформації, що ж таке гравітація. По суті ми можемо сказати, як рухаються тіла, ми можемо сказати, як викривлюється простір часу. Але чому взагалі маса і енергія змінюють геометрію реальності, ми не розуміємо. Ми не знаємо, чи є гравітація чимось фундаментальним. Можливо, гравітація - це наслідок, я не знаю, такигось там статистичних квантових полів, чогось ще. Можливо, це прояв певних інформаційних процесів. Можливо, це тінь взагалі чогось значно більш глибокого. Ми не знаємо. Ми навіть не знаємо, чи є простір час чимось первинним. Ми звикли думати, що події відбуваються у просторі і течуть у часі. Але квантова теорія гравітації по мірі своєї розробки все більше нам натякає, що можливо на фундаментальному рівні немає ані відстаней, ані тривалостей. Можливо, там є лише певні зв'язки, певні кореляції, певна інформація. І саме ця інформація на нашому рівні виглядає як простір і як час. І все, що ми називаємо геометрією, можливо, воно виникає вже потім. Гравітація занадто не схожа на все інше в нашому всесвіті. Наприклад, вона принципово нелокальна. От давайте розберемося, що це означає взагалі нелокальність. А локальність - це здатність тіла бути тут і зараз. Ми взагалі звикли мислити локально. От є точка простору, от ця точка є поле в цій точці. є сила, яка діє в цій точці. От саме тут і саме зараз. Так працюють всі поля. Так працюють електромагнітні воли. От в цій точці, в цей момент часу є певне поле, певна сила направлена ось туди. Так працюють квантові поля. Так влаштована вся сучасна фізика. Локально точка. А гравітація все зовсім по-іншому. От уявімо собі експеримент. Ми беремо певну ділянку простору і намагаємося прибрати абсолютно всю масу з цієї ділянки простору. От все. всі атоми, всі молекули, всі планети, всі зорі, всю речовину взагалі, якщо там немає жодної маси, ну, здається, після цього гравітація має зникнути. Ну, якщо немає маси, немає гравітації, ну, логічно. Ні, ні, навіть в цьому нібито порожньому просторі залишиться геометрія. Ми не можемо прибрати з простору його власну геометрію. Залишиться структура простору часу. Але ця структура вже буде визначатися не тим, що знаходиться ось тут, а чимось, що знаходиться дуже далеко всесвіті. От десь далеко всвіті є галактика. І ця далека галактика визначає структуру простору часу. От саме в цій області, з якою ми прибрали абсолютно все. От вся вся еволюція всесвіту визначає гравітацію тут і зараз. Ми не можемо ізолювати гравітацію. Гравітація в кожній точці завжди пам'ятає про весь всесвіт. В загальній теорії відносно іграція - це не поле, яке живе у просторі. Це сам простір. А простір неможливо вирізати. Він глобальний за самою своєю природою. Саме тому гравітацію неможливо екранувати. От неможливо створити там десь, як в фантастичних фільмах, гравітаційний щит, який буде нас захищати від певної гравітаційної взаємодії. Неможливо навіть просто в лабораторії вимкнути гравітацію. Гравітація принципова нелокальна. Вона визначається не тим, що відбувається тут, а тим, як влаштований все в цілому. У інших фізичних теоріях можемо собі уявити частинку в точці. Гравітації такого поняття взагалі немає. Із цього виникає ще одна досить дивна річ, пов'язана з гравітацією, а саме проблема її енергії. Ми звикли уявляти, що енергія - це щось, ну, це щось базове. Вона завжди зберігається. Її можна порахувати в кожній точці простору. От ми підняли тіло, пульт від телевізора, його потенційна енергія збільшилася, ми відпустили і воно впаде, потенційна енергія перетвориться в кінетичну енергію його руху. Але у загальній теорії відносності енергія в такому сенсі просто не існує. Ну, якщо більш точно, не існує локальної енергії гравітаційного поля. Ми не можемо сказати: "От у цій точці простору єсть тільки то енергії, а отут її інша кількість". І знов таки, це не тому, що ми не придумали вірну формулу. З формулами проблем немає, а тому, що сама теорія цього не дозволяє. І в першу чергу це пов'язано з часом. В теоретичній фізиці можна легко показати, що закон збереження енергії є наслідком значно більш фундаментального явища, яке називається однорідність часу. Ну, це це симетрія відносно суву часу. Коротше кажучи, якщо закони Всесвіту, закони фізики не змінюються з часом, то енергія зберігається. Ну, це так звана теорема Нетер. Е, будь-яка симетрія відповідає певному закону збереження. Симетрія у просторі відповідає закону збереження імпульсу і моменту імпульсів у часі енергії. Якщо закони в минулому такі ж самі, як в майбутньому, то енергія системи, нашої системи зберігається. Але коли ми кажемо про загальну теорію відносності, то там немає взагалі єдиного глобального часу. Час залежить від гравітаційного поля. Час тече по-різному в різних місцях. А якщо немає однакового часу, то і немає однакової енергії. Тобто гравітація визначає структура простору часу, але вона не має власної енергії в класичному сенсі. Ну, це не означає, що вона взагалі немає енергії. Мова саме про локальність. Тобто енергії в певній точці не може бути визначена. Ну, звичайно, що глобальна енергія існує і гравітаційних хвиль енергія існує і перетворення масою в енергію відбувається тощо, але не локально. І, е, тут насправді все ще більш складно, тому що гравітаційна енергія має ще одну досить дивну властивість, а саме том, що вона негативна. А коли ми маємо певну зв'язану систему, от планета, планета Земля, Зірка, Сонце, Галактика, Чумацький шлях, то повна енергія цієї системи менша, ніж сума енергій її окремих частин. Тобто, коли окремі частини об'єднуються разом, їх енергія зменшується. А от надлишок іде якраз в гравітаційне поле зі знаком мінус. Саме тому, наприклад, коли зірка колапсує, падає в цент до центр, вона виділяє величезну кількість енергії. І ми це бачимо, наприклад, як там наднова, як вибух над нової, як на найяскравіші події, які взагалі відбуваються в нашому мистецвіті. Причому цілком може бути, що якщо ми порахуємо повну енергію всесвіту, то вона може взагалі дорівнювати нулю. Тобто у нас є в всесвіті певна позитивна енергія матерія. вона має щось позитивне. І є гравітаційна енергія, яка має щось негативне. І в цілому можливо, що вони компенсують одна одну. І загальна енергія всесвіту взагалі нульова. Ну, а щодо неможливості екранування гравітації, то з неї випливає досить очевидним чином досить сумний для всіх науково-фантастичних творів висновок, що антигравітація, як це показують в кіно чи пишуть у фантастичних книжках, на жаль, неможливо. Тобто неможливо створити прилад, який би локально десь в цій кімнаті, де я зараз проводжу запис цієї лекції, вимкнув би гравітаційне поле. Бо якщо вимкнути гравітаційне поле, це означає вимкнути простір і вимкнути час. Вимкнути гравітацію для певного об'єкта - це все одно, щоб взагалі викинути цей об'єкт з нашого всесвіту. Якщо об'єкт існує в нашому всесвіті, на нього завжди діє гравітація. Але це не означає, що ефектів, схожених на антигравітацію взагалі не може існувати. Більш того, ефекти, схожі на антигравітацію гарантовано існують. І один з таких ефектів називається темна енергія. В мене є лекція про матерію і її будову. І в цій лекції я серед іншого розповідаю, що наш всесвіт на 96% складається з чогось невідомого, на 4% з класичної матерії. І це щось невідоме може бути розділено на щось невідоме двох типів. Це темна матерія - це якесь невідоме притягання. І темна енергія - це якесь невідоме відштовхування. І я навіть в цій лекції порівнював темну енергію з певною антигравітацією. Це і коректно, і не дуже. Зараз спробую пояснити. Теорія великого вибуху стверджує, що колись, коли наш сесвіт утворився, він був дуже малий, точковий. Потім він поступово почав розширюватися. І що ми точно знаємо зараз про наш всесвіт, те що він весь час розширюється, причому розширюється з прискоренням. Тобто чим більше стає всесвіт, тим швидше він починає розлітатися в усі боки. Причини цього прискорення станом на зараз приписують певні загадковій темній енергії. Тобто темна енергія - це щось, що штовхає всі об'єкти один від одного. І, ну, виникає цілком логічна думка, що якщо гравітація тягне все до до купи, а темна енергія все намагається розштовхнути, то це і є якась там антигравітація. Ну, на перший погляд, начебто логічно, але ні. Як я казав у загальній теорії відносності, гравітація - це не сила притягання. Уявляти гравітацію як силу - це ідея саме Ньютона. Це не ідея Айнштейна. У загальній теорії відносності гравітація - це реакція простору часу на енергію та тиск, навіть не на масу. Викривлює простіра не маса, викривлює енергія. Але так як енергія і маса є певним чином еквівалентними, то зазвичай це уточню ігнорують, бо будь-яка енергія може бути представлена як еквівалентна маса і навпаки. Але енергія - це лише одне з джерел гравітації, тому що інше джерело гравітації - це тиск. Причому цей тиск може бути негативним. І от темна енергія - це якраз форма енергії, яка має негативний тиск. Тобто темна енергія не відштовхує маси одне від одної. Вона змінює динаміку простору часу і простір починає розтягуватися з кожною миттю. Темна енергія формально не є антигравітацією в побутовому сенсі. Це це гравітаційний ефект, але з протилежним знаком. В рівняннях загальної теорії відносності темна енергія поводиться так, нібито сам простір має енергію. Причому чим більше стає простору, тим більше стає цієї енергії. Вона, ну, не розбавляється при його ро розширенні. Вона залишається сталою на одиницю об'єму. Стало більше простору, стало більше об'єму, стало більше енергії. Ця енергія його сильніше розштовхує, він сильніше розтягається, стає ще більше простору і так далі. Тобто чим більше простору, чим більше енергії в цьому просторі. В нас з'являється новий шматок простору часу. В цього шматка автоматично з'являється певна енергія. Вона створює певний тиск. Цей тиск породжує нові шматку швидше, швидше, швидше. І саме через цей процес всесвіт за уявленнями сучасними починає розбігатися все швидше і швидше. Якби темна енергія була справжньою антигравітацією, ми б спостерігали досить дивні речі. Чи ми б спостерігали, наприклад, там, як планети певним чином там розліталися б, галактики не могли б утворитися, локальні системи розвалювалися. Ну, але цього, звичайно, що немає. Темна енергія майже ніяк не впливає на наші локальні структури. Вона не впливає на нашу землю, на сонце, на чумацький шлях. Вона проявляється лише на величезних космологічних масштабах. Тобто вона дійсно поводить себе як антигравітація. Але коли ми дивимося на всесвіт у найбільших масштабах, але це не антигравітації у фізичному сенсі. І це чудово, тому що якщо б дійсно темна енергія була антигравітацією і її було б настільки багато, то звичні нам тіла ніколи б не змогли утворитися. Не було б галактики, не було б зірок, не було б планет. Ну, а якщо б не було планет, то і нас з вами теж не існувало б ніколи і нікому було б слухати цю лекцію. Тобто темна енергія - це певний від'ємний тиск вакуума. Якби він був сильніший, він би розірвав абсолютно все і всесвіт би складався з окремих шматків, які ніяк не взаємодіють між собою. Але на щастя, поки що вона достатньо слабка. Існують гіпотези, що в майбутньому вона стане сильніше і вона врешті-решт все розірве. Але, ну, хто його знає, може так буде, може так не буде. Але в той же час те, що гравітація настільки слабка, це і великий плюс, і велике запитання. І слабкість гравітації є великою фізичною проблемою. Гравітація фантастично слабка. Настільки слабка, що це виглядає, ну, не як певна особливість природи, а як, ну, як помилка в конструкції нашого всесвіту. Давайте візьмемо для приклада електрони. От в нас є один електрон, у нас є інший електрон. Вони відштовхуються через наявність електромагнітної сили і в той же час вони притягаються через наявність гравітаційної взаємодії. У них є заряди, у них є маси. Залежність від відстані та ж сама, одиниці на R². Тому відношення цих двох сил, сили Кулона і сили Ньютона, завжди буде однаковим. Якщо порахувати одну силу і поділити на іншу силу, то ми отримуємо число порядку 10 в 36 степені. Тобто електромагнітна взаємодія сильніше гравітаційної приблизно в трильйон трильонів трильйонів разів. І абсолютно незрозуміло, чому гравітація настільки слабка. У фізиці це називається проблема ієрархії. І поки що у нас немає її розвитку. Це досить дивна ситуація. З однієї сторони гравітації керує рухом галактик. Вона визначає еволюцію всесвіту. Вона формує зірки, планети, чорні діри, раєтаційні хвилі. Вона визначає саму структуру простору часу. І з іншої сторони її майже не існує у мікросвіті, у фізиці елементарних частинок. Її можна ігнорувати повністю, без жодної втрати точності. Це єдина фундаментальна взаємодія, яку принципово неможливо виміряти в лабораторії на рівні окремих частинок. Це розрив масштабів. причому настільки великий, що це не вписується в жодну теорію. Цей трильйон, трильйон трильйонів разів. Ну, це щось абсурдне. Існують певні ідеї, чому це так. Е-е, перша з ідей каже, що насправді проблема в тому, що існують певні додаткові виміри. І припущення наступне. Насправді гравітація не слабка. Просто гравітація поширюється не у трьох наших вимірах разом з часом четвертим, а у певних додаткових прихованих вимірах, яких ми не бачимо. От уявіть собі, що ви кудись ідете в повному тумані і у вас є ліхтарик. Ви намагаєтеся світити тим ліхтариком, але світло воно розповсюджується, розходиться в усі боки. Воно дуже швидко слабше і ви не бачите нічого вже на відстані кількох метрів. Все. Але тепер уявіть собі, що у вас є дуже потужний лазер. Ну або ще краще лазер в певному оптичному волокні. Ви світите в це волокно лазером і він залишається яскравим на відстані кілометри, десятки, сотні, тисяч кілометрів. Отакі потужні лазери, вони передають по оптичним волокнам сигнали через Атлантику з Європи до Сполучених Штатів, Сполучених Штатів у Китаю тощо. І вони майже не послаблюються з відстані. Різниця полягає у тому, що в першому випадку світло йде в усі боки. А в другому воно максимально спрямовано. І от ідея про додаткові виміри каже якраз, що можливо те саме справедливо і для гравітації. Тобто електромагнітна взаємодія між електронами, вона сильна, тому що вона замкнена в нашому просторі, а гравітація слабка, тому що вона витікає в певні додаткові виміри, які ми не бачимо. І це означає, що те, що ми відчуваємо - це лише відлуння. Це лише маленька частина реальної гравітаційної взаємодії. Це реальні фізичні теорії. Вони були сформульовані десь в 1990-х роках. Якщо я не помиляюсь, то називається моделі Аркані Хамеда, моделі Двалі, моделі е Дімополса. Е-е, якщо це дійсно так, то теоретично, мабуть ми зможемо колись це перевірити. Ну, знайдемо якесь там відхилення від закону оберних квадратів або якісь там відхилення на великомуронному колайдері. Поки що ми нічого не знайшли, але це не виключає, що гравітація можлива не тільки в нашому 3+1 вимірному просторі, а і в якихось додаткових просторах. Ідея жива, ідея продовжує розвиватися. Друга ідея, яка пояснює, чому гравітація може бути настільки слабкою, полягає у тому, що гравітація взагалі може бути не фундаментальною взаємодією. Я під час лекції весь час кажу: чотири фундаментальних взаємодії: сильна, слабка, електромагнітна, гравітаційна. Ми звикли думати, що є чотири фундаментальних сили, чотири фундаментальних поля тощо. Але цілком можливо, що гравітація - це не взаємодія в тому ж самому сенсі. Це можна порівняти з, ну, мабуть, кращий приклад з температурою. Температура - це цілком реальна верність величина. Ну, її можна виміряти. Ми її вимірюємо. Її можна, ну, будь-який беремо термометр, він покаже нам температуру, але температура не є фундаментальною. Якщо ми кажемо про одну частинку, то не може бути температура однієї молекули. Одноє молекули може бути швидкість, може бути енергія, може бути імпульс, але не температура. Температура виникає лише як колективний ефект. Лише коли в нас величезна кількість частинок і тиск те ж саме. У нас може бути одна молекула, яка колись рухається, але тиск певного середовища може бути лише тоді, коли таких молекул дуже багато. Те ж саме ентропія. Ентропії не буває для однієї частинки. І цілком можливо, що гравітація - це дійсно щось подібне. Можливо, що гравітація - це не фундаментальна взаємодія, а це певний ефективний опис чогось більш глибокого, певної мікроскопічної динаміки, який ми не бачимо. Цю ідею формулюють по-різному, як певну ентропійну гравітацію, як наслідок квантової інформації, як наслідок певного зв'язку між степенями свободи, простору тощо. І в цій картині світу гравітація слабка не тому, що вона погано працює, а тому, що просто це макроскопічний залишок чогось більш глибокого, мікроскопічного. І оце щось глибоке, от воно дійсно сильне. Ну, якщо це все правда, а я скажу відразу, що далеко не всі фізики з подібними трактовками сходні, то це виходить, що взагалі нічого фундаментального в гравітації немає. Гравітація - це певний колективний ефект, який ми лише сприймаємо як щось глобальне. Тому, звичайно, що і квантувати гравітацію теж як, ну, як квантувати температуру, це безглуз. Температура не квантується. Квантується енергія, квантується імпульс. Температура або тиск не квантується, бо це не базові величини. Тому і квантів гравітації цілком може бути ніколи не існувати і цих ті гравітонів тощо. Ее а прострий час може мати якусь там мікроскопічну структуру, яку ми просто ще не знаємо. Відразу зрозуміло, чому гравітація така слабка. Вона зрозуміло, чому вона відрізняється від інших взаємодій. Зрозуміло, чому квантова гравітація так багато піддається квантуванню. Ми просто ми просто намагаємося квантувати те, що в принципі не квантується, а треба шукати щось більш глибоке. Треба шукати більш глибоку структуру реальності. А чи є вона там, хто його знає. Це одна з гіпотез. Знов таки, я не кажу, що вона вірна, але і в цей напрямок теж вчені намагаються знайти. Але давайте повернемося до ідей, чому гравітація настільки слабка. Е, третя позиція насправді досить близька до ідеї про те, що саме питання, чому гравітація слабка, некоректна. Можливо, ніякої причини слабкості гравітації не існує взагалі. Можливо, ну, це антропний принцип. Нам пощастило, що ми живемо у всесвіті з подібним набором констант і все. Нам так пощастило. Але ця відповідь досить погано узгоджується з історією фізики. І коли фізики завжди бачили певні величезні безрозмірні числа, вони завжди натякали на те, що теорія неповна. А от ці десь в 36-й, цей трильйон трильйонів трильйонів разів, це це не трохи, це дуже багато. Так, можливо цілком, що просто от наш світ такий дивний, але ну хотілося б зрозуміти насправді, чому гравітація така слабка і яка глибинна причина її настільки великої відмінності від решти взаємодії. Ну поки що станом на зараз, на жаль, відповіді на це питання ми не маємо. І хоча гравітація дуже слабка, навіть ця надзвичайно слабка гравітація визначає фундаментальні властивості нашого світу і навіть напрямок часу. Е, я вже трохи казав, коли розповідав в лекції про час, що таке час з точки зору сучасної науки. Я вже казав про так звану стрілу часу, чим минуле відрізняється від майбутнього. І я казав, що це в першу чергу пов'язано з ентропією. Майбутнє - це завжди хаос. Минуле - це завжди порядок. Напрямок часу, стріла часу - це перехід від порядку до хаосу. Я не буду повторюватися, я не буду казати про інші шкали часу. Хто захоче, подивиться цю лекцію. Головне розуміти, що відмінність минулого від майбутнього в першу чергу полягає у тому, що хаос або ентропія в замкненій системі ніколи сам собою не може стати меншим. Якщо ми маємо розбитий бокал, він ніколи не об'єднається сам собою в єдине тіле. Але зазвичай, коли нам кажуть про ентропію, коли ми чуємо про ентропію, ми уявляємо щось просте і банальне. От, наприклад, газ. У нас газ, який рівномірно заповнює певну посудину. От в нас тепло, воно перетікає від гарячого до холодного. Хаос без завжди зростає. І здається, що це історія про якісь молекули, про якусь статистику, якусь випадковість. Але якщо ми кажемо про наш всесвіт, то у нашому всесвіті стріла часу існує в першу чергу через гравітацію. От давайте собі уявімо всесвіт. в якому гравітації взагалі не існує. От колись був великий вибух. У нас утворилися певні частинки. Що з ними станеться далі? Відповідь дуже проста. Нічого цікавого. Оці частинки, вони дуже швидко прийдуть до стану певної теплової рівноваги. Все стане рівномірним, все стане однорідним, все стане однаковою температурою. Температура по всьому всесвіту вирівняється. Ентропія дуже швидко стане максимальною. Це буде максимально однорідний всесвіт, який заповнений газом зі сталою температурою, зі сталою концентрацією. І в цьому всесвіті взагалі нічого не буде відбуватися. Минуле не буде ніяк відбуватися, не відрізнятися від майбутнього. Такий всесвіт буде фантастично статичним. Він буде надзвичайно нудним. У цьому всесвіті не буде жодних галактик, не буде жодних зірок, не буде жодних складних структур. Фактично це буде всесвіт без історії. Тобто формально час у ньому ще буде продовжувати існувати, але нічого не буде відбуватися. Майбутнє буде абсолютно таким самим, як минуле. А тепер давайте, ну, умовно кажучи, у нас є такий рубильник і ми в цей всесвіт без гравітації перемикаємо і вмикаємо гравітацію. І ми відразу бачимо, що гравітація починає створювати структуру. От у нас була речовина, яка заповнювала весь всесвіт хаотично, і вона раптово починає збиратися в певні згустки. Саме ті згустки формують галактики. Саме ті згустки формують скупчення галактика. Саме ті згустки формують зірки, формують планети. Нам здається, що це зменшення ентропій. Нам здається, що був хаос, а став порядок. Нам здається, що цей порядок нібито з'явився сам собою. От був однорідний газ всюди, а з'явилася отака чудова, красива галактика, Чумадський шлях, де обертається така чудова сонячна система, де на третій планеті від Сонця існуємо ми з вами. Але це пастка інтуїції. Все, що я описав, формування галактики, формування зірки, формування планети - це не збільшення, це зменшення порядка. Тому що в гравітаційних системах принципово інший підхід до ентропії і гравітаційні системи поводяться принципово протилежно до негравітаційних. Якщо ми маємо певний газ, який зосереджений в одній точці, його ентропія мала. Якщо він потім розлітається по всій кімнаті, ентропія велика. Коли ми там, ну не знаю, взяли більярдний стіл і зібрали на цьому більярдному столі всі кульки в певну таку трикутну пірамідку, система впорядкована. Коли ми після удару розкидали ці кульки по всьому більярному столу, у нас система стала хаотична. Оці шари на більярному столі, вони ніколи самі собою не об'єднаються у таку трикутну структуру. Це має бути певний зовнішній вплив. Людина, людина вже призводить системи від хаотичної до впорядкованої. А для гравітації все навпаки. Якщо речовина рівномірно розподілена по всьому об'єму, то це стан низької ентропії, тобто це впорядкований стан. Тобто, якби наш більярдний стіл був з гравітацією, то кульки розкидані по всьому столу, це був би порядок, а кульки, які об'єдналися разом, це був би хаос. І всесвіт, от всесвіт всіх концентрованих об'єктів, от чорних дір, галактики, зірок, планет, це стан високої ентропії. Це хаотичний стан. А максимум хаосу, максимум ентропії - це чорна діра. Чорна дзіра - це не вершина порядку, це максимум хаосу. Це те, до чого прагне будь-яка гравітаційна система. І ранній всесвіт, коли він тільки утворився після великого вибуху 137 млрд років тому, він був дуже гарячим, щільним, майже ідеально однорідним. Там не було ніяких галактик і зірок. Нам здається, що це було щось хаотичне, але ні. З точки зору гравітації це була система з надзвичайно низькою ентропією. Це була максимально впорядкована система. Тобто всесвіт розпочався не з максимального безплату, а з надзвичайного порядку, але порядку лише в гравітаційному сенсі. І саме наростання гравітаційного хаосу, воно сформувало все, що ми бачимо навколо. Тобто у нас були певні невеличкі гравітаційні нестабільності густини, і вони стали тими зародками, на яких потім виникли граві галактики. Гравітація формує і запалює зірки, запускає ядерні реакції. Гравітація породжує взагалі всі джерела енергії, але це і є необоротність, це і є стріла часу. Запав на гравітацію Зірка світить. Це світло поглинає наша планета Земля. На цій планеті виникає життя. І кожен етап - це збільшення ентропії, збільшення хаосу. Це це збільшення хаосу викликає поток енергії. Тобто гравітація створює структуру, структура створює потоки енергії. Потоки енергії створюють необоротність. Необоротність є те, що ми називаємо стрілою часу. Час має напрямок від минулого до майбутнього саме тому, що всесвіт гравітаційно еволюціонує від низької ентропії до високої, від гравітаційного порядку до гравітаційного хаосу. Більш того, можливо, що час - це взагалі не первинне поняття, а первинна саме гравітація. Можливо, час має напрямок лише тому, що існує гравітація. Можливо, без гравітації поняття раніше і пізніше втратили б взагалі фізичний сенс. Якщо це так, то гравітація - це не просто геометрія. Це це механізм, який змушує наш всесвіт мати історією. Ну, це вже все, звичайно, що цікаво. Але історія нашої лекції, напевно, що добігає кінця. Лекція вже вийшла дуже довга. Лекція вже вийшла значно довша, ніж дві години. І ее хоча тем, про які я б хотів розказати, залишилося ще дуже багато, мабуть, час поступово завершувати. Е, я б міг розказати насправді надзвичайно багато інших цікавих речей. Я б міг розказати про масу. Я сказав, що існує дві маси. Існує інертна маса, яка визначає рух, і гравітаційна маса, яка визначає протягання. Але насправді гравітаційна маса, в свою чергу, буває двох типів. Буває пасивна і активна гравітаційна маса, тому що, е, кожне тіло є з однієї сторони джерелом гравітаційного поля, так і тим, що на це гравітаційне поле реагує. Тобто властивість притягувати когось і властивість притягувати притягуватись самому. Це теоретично можуть бути різні властивості, які визначаються різними масами. Ну, ще я міг би розказати, наприклад, про принцип маха, який був досить важливим у визначенні гравітації. Якщо ми кажемо про масу, я б взагалі міг розказати, звідки береться маса. От та сама маса, що викривлює простір, як це пов'язано з полем хікса, чим насправді є бозон хікса. який цю масу породжує. І що і що взагалі існування масивних тіл - це абсолютно неочевидна річ. В принципі, без поля Хікса всі тіла в нашому всесвіті були б схожі на світло, на фотони і вони б не мали масу. А масивні тіла типу нас з вами можуть існувати лише тому, що ми взаємодіємо з цим полем хікса. Я б міг розказати про гравітаційні хвилі більш детально відкрити, як теоретично гравітаційні хвилі можуть дозволити нам подивитися на всесвіт, який існував до нашого всесвіту, про так звані розповісти кола Пенроуза. Це певні кола на фоні реліктого випромінювання. І за гіпотезою Роджера Пенроуза, вони можуть бути слідами зіткнень надмасивних чорних дір, які існували у всесвіті, який був до нашуку. Ну, при злитті чорних дір велика кількість їх маси може перетворитися на енергію. Якщо зливаються дві надмасивні чорні діри кожного мільйон мас сонця, то настільки сильно спотворюється простір і час, що це спотворення може пережити кінець часів за його думкою і залишити сліди в наступному всесвіті. Я міг би там залишити за розповісти ще більш екзотичні речі. Наприклад, чи має масу гравітаційна хвиля, чи має масу сама гравітація, чи створює гравітаційна хвиля, нові гравітаційні хвилі, або розказати про ідею, що ми всі живемо у величезній чорній діри і весь весь наш всесвіт знаходиться насправді в певному горизонті подій, за межами якого може бути якийсь інший всесвіт. Е, ну, за розмірами, в принципі, за масою воно приблизно одного там ж такого ж порядку. Такі гіпотези теж в науці існують. додати гіпотези про білі діри, розповісти про об'єкти, які на відміну від чорних не те що нічого не можуть випустити назовні, а нічого не можуть засмактати всередину себе. Тобто вони можуть тільки випускати якісь об'єкти. Такі об'єкти теж гіпотетично існують. Чи існують вони в реальності, це велике питання. Я б міг розказати про лямда, член в рівнянні Ейнштейна, який був спочатку був написаний для того, щоб врятувати світ від стаціонарності, а потім став аналогом темної енергії. Багато-багато іншого. Тема дійсно безмежна, але я думаю, що всі і так вже дуже сильно втомилися і час поступово нашу лекцію завершувати. Може якусь з тих тем я охоплю якоюсь наступною лекцією. Фізика. Фізика - це безмежна наука. Фізика - це неймовірно цікава наука, хоча можливостей займатися нею в сучасних мовах, на жаль, тут і зараз не дуже багато. Вона мало кому в суспільстві потрібна. Ну, але то таке. Давайте якось все-таки підводити підсумки нашої лекції. Отже, що ми сьогодні почули? Якщо підсумувати все, що я сьогодні розповів, то виходить досить парадоксальна картина. З одного боку, гравітація - це найзвичніше явище в нашому житті. Саме гравітація тримає нас на землі. Саме гравітація керує рухом планет, рухом зірок, рухом галактик. Вона визначає еволюцію всесвіту в цілому. Ми вміємо рахувати гравітацію з фантастичною, з надзвичайною, з неймовірною точністю. І ми користуємося цими розрахунками щодня від супутникової навігації і до астрофізики чорних тір. Але з іншої сторони, якщо поставити досить просте питання: "А що таке гравітація насправді?" То відповідь раптово взагалі зникає. Це не сила, як її розумів Ньютон. Це не поле, які намагаються зрозуміти квантові теорії. Це не об'єкт, який взагалі можна квантувати за стандартною процедурою. У картині загальної теорії відносності гравітація - це взагалі геометрія. Це як влаштований простір час і як в цьому просторі часі, як в цій геометрії рухаються тіла. А якщо ми намагаємося заглибитися, зазирнути ще глибше, то там з'являються оці всі чорні діри, горизонти подій, голограми, ентропії, випромінювання гокінга, ермосфери, тощо, тощо, тощо, тощо. І хоча ми відкрили гравітацію найпершою, хоча Ньюйтон відкрив її задовго до того, як люди зрозуміли, що таке електромагнітна, не кажучи вже про слабку і сильну взаємодію, ми її навіть станом на зараз майже не розуміємо. Можливо, навіть звичний нам простір час, який породжений гравітацією - це не базова сутність, а це похідна від чогось ще глибшого, до чого ми ще не докопалися. І в цьому сенсі гравітація - це не просто ще одна сила природи. Це місце, де сходяться наші уявлення про простір, час, інформацію, про саму структуру нашої реальності. І поки ми не зрозуміємо, що саме там відбувається, наша картина всесвіту залишиться дуже і дуже неповною. Але саме це, мабуть, і робить гравітацію такою цікавою, бо там, де закінчуються готові відповіді, і починається справжня наука. Ну і мабуть на цьому все. Бажаю всім успіху. До побачення і щиро дякую за вашу увагу.