"Стивен Хокинг. Мир в ореховой скорлупе " - читать интересную книгу автора

сравнимыми и квантовые гравитационные эффекты должны становиться
существенными. Поэтому в теореме о сингулярности мы с Пенроузом в
действительности установили, что наша классическая область
пространства-времени ограничена со стороны прошлого и, возможно, со стороны
будущего областями, в которых существенны эффекты квантовой гравитации.

ПОЛЕ МАКСВЕЛЛА

В 1865 г. британский физик Джеймс Клерк Максвелл объединил все
известные законы электричества и магнетизма. Теория Максвелла базируется на
существовании "полей", которые передают действие из одного места в другое.
Он догадался, что поля, которые передают электрические и магнитные
возмущения, представляют собой динамические сущности: они могут колебаться и
перемещаться в пространстве. Максвелловский синтез электромагнетизма можно
выразить всего двумя уравнениями, которые описывают динамику этих полей. Он
сам вывел первое важнейшее следствие своих уравнений - то, что
электромагнитные волны всех частот распространяются в пространстве с одной и
той же фиксированной скоростью, со скоростью света.
Электромагнитное излучение распространяется сквозь пространство как
волна, в которой электрическое и магнитное поля колеблются, подобно
маятнику, в направлении, поперечном движению самой волны. Излучение может
состоять из колебаний полей с разными длинами волн.
Чтобы понять происхождение и судьбу Вселенной, нам необходима квантовая
теория гравитации, и она будет предметом большей части этой книги.
Квантовые теории для таких систем, как атомы, с конечным числом частиц,
были сформулированы в 1920-х гг. Гейзен-бергом, Шредингером и Дираком.
(Дирак также занимал когда-то мое кресло в Кембридже, но и при нем оно не
было моторизовано.) Однако попытка распространить квантовые идеи на
максвелловское (электромагнитное) поле, которое описывает электричество,
магнетизм и свет, столкнулась с трудностями.
Можно представлять себе максвелловское поле состоящим из волн разной
длины (длина волны - расстояние от одного ее гребня до другого). В волне
поле колеблется от одного значения к другому, подобно маятнику (рис. 2.9).

Рис. 2.9 Движение волны и колебания маятника

Согласно квантовой теории основное состояние маятника, то есть
состояние с наименьшей энергией, - это вовсе не покой в самой
низкоэнергетической точке в направлении прямо вниз. В данном случае он имел
бы одновременно определенное положение и определенную скорость, равную нулю.
Согласно принципу Гейзенберга маятник не может висеть, указывая строго
вниз, и обладать при этом нулевой скоростью. Квантовая теория предсказывает,
что даже в состоянии наименьшей энергии он должен испытывать минимальные
флуктуации.
Это означает, что положение маятника должно задаваться распределением
вероятности. Если он находится в основном состоянии, то с наибольшей
вероятностью будет указывать прямо вниз, но имеется также вероятность
обнаружить его под небольшим углом к вертикали.

Это нарушало бы принцип неопределенности, который запрещает точное