Содержание
Стивен Хокинг – последние новости на сегодня – Lenta.ru
Фото: Karwai Tang / Getty Images
Биография Стивена Хокинга — самого известного ученого современности
Стивен Уильям Хокинг (Stephen William Hawking) — один из известнейших ученых мира, английский физик-теоретик, космолог, астрофизик, популяризатор науки, директор по научной работе Центра теоретической космологии Кембриджского университета. Автор космологической теории, объединяющей общую теорию относительности и квантовую механику, а также теоретического предсказания явления в черных дырах, названного излучением Хокинга. О нем говорили как об ученом, который внес наибольший вклад в астрономию, космологию, теорию черных дыр и гравитацию после Эйнштейна.
Семья Стивена Хокинга
Стивен Хокинг родился 8 января 1942 года в Оксфорде, куда его родители — Фрэнк и Изобель Эйлин Хокинг, были вынуждены перебраться из-за регулярных обстрелов Лондона немецкой армией. Мать Стивена была по происхождению Шотландкой из семьи врачей. Она занималась изучением философии, политики и экономики в Оксфордском университете. Позднее Изобель работала секретарем в медицинском исследовательском институте. Отец Хокинга также обучался в Оксфорде, однако на медицинском направлении, а впоследствии возглавил отдел паразитологии в Национальном институте медицинских исследований. В 1950 году Хокинги вместе с детьми (Стивеном и двумя дочерьми – Филиппой и Мэри) переезжают в Сент-Олбанс, графство Хартфордшир из-за новой должности отца семьи, но сам Фрэнк часто ездил в рабочие командировки в Африку. Когда Стивену было 14, родители приняли решение завести еще одного ребенка и усыновили мальчика – Эдварда.
Образование
После средней школы Стивен Хокинг поступает в Оксфордский университет, который он окончил в 1962.
В студенческие годы он больше уделял времени вечеринкам и гребле, а учебой ему было заниматься «слишком скучно», что, однако, не помешало получить диплом степени бакалавра с особым отличием в сфере естественных наук
В 1966 году в колледже Тринити-холл Кембриджского университета он получил степень доктора наук, занимаясь изучением теоретической астрономии и защитив диссертацию «Свойства расширяющихся вселенных».
Работа далась в те годы молодому ученому тяжело, поскольку у него диагностировали редкое заболевание — боковой амиотрофический склероз. Это неизлечимое поражение центральной нервной системы, которое постепенно вызывает паралич и атрофию всех мышц тела. Смерть в итоге наступает от отказа дыхательных путей.
В 21 год Хокингу врачи прогнозировали еще максимум пару лет жизни
Тогда же он знакомится с девушкой по имени Джейн Уайлд и влюбляется в нее. Она становится его музой и помощницей. Именно с ней Стивен решает завести семью. В 1965 году пара сыграла свадьбу, на которой, однако, ему уже пришлось опираться на трость из-за заболевания. Уже спустя два года Хокинг передвигался с помощью костылей, но это не помешало рождению первенца — сына Роберта. В 1969 году появился на свет второй ребенок супругов — дочь Люси. Вместе с тем исследователь был вынужден пересесть в инвалидную коляску. В 1979 году у Стивена Хокинга родился еще один сын – Тимоти.
Стивен Хокинг со своей женой Джейн, Париж, 1989 год
Фото: Lionel Cironneau / AP
Научная деятельность
С 1965 по 1970 год Хокинг изучал вопросы космологической сингулярности и ее взаимосвязи с теорией относительности Альберта Эйнштейна. В 1968-1972 годах ученый работал в Институте теоретической астрономии, в 1972-1973 годах — в Институте астрономии, в 1973—1975 годах — на кафедре прикладной математики и теоретической физики. Большинство исследований были в совместном авторстве с Роджером Пенроузом. В 1970 году Хокинг увлекся теоризацией «черных дыр». Также ему первому удалось объяснить взаимосвязь квантовой теории и теории относительности. Кроме того, ученый предполагал, что сразу после Большого Взрыва во Вселенной появились черные дыры массой около миллиарда тонн и размерами с протон, которые подчиняются законам термодинамики. В 1975 году ученый доказал, что любые черные дыры поглощают материю без возврата, однако испускают излучение из фотонов и других элементарных частиц, что вызывает испарение черной дыры.
Фото: esa / Globallookpress.com
Хокинг много путешествовал по миру даже со своим диагнозом — он часто становился участником всевозможных научных конференций и приглашенным лектором. В 1973 году он посетил СССР, куда приехал для дискуссии с советскими специалистами Яковом Зельдовичем и Алексеем Старобинским. В 1981 году Хокинг принял участие в международном семинаре по квантовой теории гравитации, проходившем в Москве.
Параллельно научной деятельности Хокинг занимался преподавательской деятельностью. С 1975 года по 1977 он обучал студентов теории гравитации, в 1977-1979 годах — был профессором гравитационной физики, с 1979 года — профессором математики.
В 70-х годах он стал стипендиатом в Калифорнийском технологическом институте. А позднее самым молодым на тот момент членом Лондонского королевского общества. В 1979 занял почетную должность Лукасовского профессора Кембриджского университета, на которой находился вплоть до 2009 года. До него этот же пост занимал Исаак Ньютон.
Популяризация науки
В 1980-х годах Хокинг загорелся идеей популяризации науки и выпустил книгу «Краткая история времени» (A Brief History of Time). Идея труда была в том, чтобы предоставить возможность массовому читателю понять сложнейшие законы астрофизики: объяснить природу материи, пространства и времени, теорию Большого Взрыва и черных дыр. Примечательно то, что в тексте не содержится никаких сложных математических вычислений, за всю книгу Хокинг использовал только одну формулу: E=mc². «Краткая история времени» была выпущена в 1988 году и моментально стала бестселлером — во всем мире продали около 25 миллионов экземпляров. Позднее Хокинг в совместной работе с Леонардом Млодиновым (Leonard Mlodinow) издал дополнение — «Кратчайшую историю времени» (A Briefer History of Time), в которой были описаны последние достижения в теоретической астрономии.
Награды
Стивен Хокинг был награжден множеством престижных премий и наград в области физики и астрономии. В 1976 году ему вручили медаль Хьюза, в 2006 году — высшей награды общества, медали Копли. А в 1982 году королева Великобритании Елизавета II удостоила его званием командора Ордена Британской империи.
Прогрессирование заболевания
После воспаления легких в 1985 году и перенесенной операции ученый навсегда лишился возможности говорить. Тогда Хокингу предоставили синтезатор речи, который был подключен к компьютеру, на экране которого двигался курсор. Это устройство позволяло выбирать слова из списка на экране и воспроизводить их через динамик. Из-за прогрессирования болезни в последние годы жизни ученого у него осталась возможность двигать только мышцами щеки, куда впоследствии и закрепили датчик.
Потеря речи после операции сыграла свою роль и в отношении супругов. Поэтому в 1990 году они стали жить раздельно, а затем приняли решение развестись. Спустя пять лет физик снова женился, в этот раз на своей сиделки Элайн Мэсон. Их брак продлился 11 лет, после чего они тоже разошлись.
Стивен Хокинг скончался на 77-м году жизни 14 марта 2018 года в своем доме в Кембридже из-за осложнений, вызванных боковым амиотрофическим склерозом. Его похоронили 15 июня в Вестминстерском аббатстве в Лондоне.
Стивен Хокинг и его работа — что дал ученый человечеству? / Хабр
Выступление Хокинга в виде голограммы перед слушателями в Гонконге. Ученый находился в это время с собственном офисе в Кембридже
Как уже сообщалось на Geektimes, cегодня утром в своем доме ушел из жизни один из величайших ученых нового времени, британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Ему было 76 лет. Несмотря на тяжелую болезнь, боковой амиотрофический склероз, Хокинг жил практически полноценной жизнью — выступал на конференциях, появлялся на телевидении, даже озвучивал самого себя в «Симпсонах». Но, конечно, известность он получил не столько за публичную деятельность, сколько за свои научные работы. Научным изысканиям и достижениям Хокинга и посвящена эта статья.
Что это за работы и в каком направлении «копал» ученый? Почему о нем и его книгах, концепциях говорят очень многие? Хокинг — один из основоположников квантовой космологии. Ученый формировал теорию возникновения Вселенной в результате Большого взрыва. В ходе работы он сделал большое количество открытий, включая такую специфическую сферу, как эволюция звезд. Одна из его первых книг, «Краткая история времени», стала научно-популярным бестселлером, его читали даже люди, весьма далекие от науки.
В этом материале биографических данных не очень много, он написан для того, чтобы дать представление о работе Хокинга. Правда, для лучшего понимания того, насколько выдающимся человеком он был, стоит указать несколько фактов из жизни ученого, всего пара абзацев.
Стивен Хокинг родился 8 января 1942 года в Оксфорде. Несмотря на ум, в учебе в школе он не выделялся, как, собственно, и многие ученые до него. Троечником был и Эйнштейн. Кстати, Хокинг получил от школьных товарищей прозвище Эйнштейн. После школы он поступил в вуз, и во время учебы врачи поставили Хокингу диагноз — боковой амиотрофический склероз. К сожалению, это заболевание не лечится, и большинство пациентов с таким диагнозом умирают еще молодыми.
Речь студента становилась все менее внятной, ему стало трудно ходить, мелкая моторика рук стала проблемой. Тем не менее, будущий выдающийся ученый продолжил учебу. В 1962 году он закончил университет, получив степень бакалавра по математике и физике. После того, как врачи диагностировали болезнь, Хокингу давали всего два года — на большее медики не рассчитывали.
Тем не менее, болезнь не слишком быстро прогрессировала, и Хокинг ходил до конца 60-х, после чего ему пришлось начать передвигаться на коляске. В 1985 году ученый перенес воспаление легких, после чего он утратил способность говорить. Именно тогда он стал использовать синтезатор речи. Все это не остановило его от избранного пути — пути к познанию.
В 1965 году молодой специалист начал вести научную деятельность в Кембриджском университете в колледже Гонвилль и Киз. Всего через год он получил степень доктора философии. После этого деятельность ученого стала весьма разнообразной. К примеру, он перешел на работу в Институт теоретической астрономии. Там, на кафедре прикладной математики и теоретической физики, Хокинг стал профессором физики и математики.
Начало его карьеры пришлось как раз на 60-годы, когда был проведен третий из серии классических экспериментов «опыт», который подтвердил справедливость общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Этот опыт показал гравитационное красное смещение — то есть изменение частоты света при прохождении луча рядом с массивным объектом, например, звездой.
Когда теория Эйнштейна была подтверждена, ученые стали исследовать возможные ее проявления и следствия. Например, динамику расширения Вселенной после выхода из состояния равновесия. Также многие специалисты занялись изучением черных дыр. Эта тематика заинтересовала и Хокинга. В диссертации ученый использовал теоремы, которые сформулировал его коллега, британский математик Роджер Пенроуз. Заслуга Стивена Хокинга была в том, что он применил эти теоремы ко всей Вселенной, объясняя, в частности, гравитационные сигнулярности. Они предоставляют собой феномен пространства-времени, попытки применить уравнения общей теории относительности к которому дают некорректные с физической точки зрения решения.
Интересно, что именно Пенроуз смог объяснить процесс возникновения черных дыр, связав его с сингулярностью. Пенроуз утверждал, что обычная звезда превращается в черную дыру благодаря гравитационному коллапсу, который сопровождается рождением особого рода поверхности. Ее можно назвать «ловушечной».
Понятно, что «изучать» черные дыры напрямую нельзя, поэтому приходится предлагать объяснения различным явлениям, следя за тем, чтобы это объяснение согласовывалось с другими феноменами и их проявлениями, а также с общей концепцией пространства-времени. В 1971 году Хокинг предположил, что кроме обычных черных дыр существуют и микроскопические объекты с массой в миллиарды тонн но объемом, не превышающем объем протона.
Развивая эту теорию, в 70-х годах прошлого века Хокинг вместе с учеными Брэндоном Картером и Дэвидом Робинсоном смогли подвести доказательную базу под гипотезу американского физика Джона Уилера. Согласно ему, изолированные черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, могут характеризоваться двумя параметрами. Первый — масса и второй — угловой момент.
В своей работе «Крупномасштабная структура пространства-времени» Хокинг с другим ученым, Джоном Эллисом указывали, что конечным этапом эволюции массивной звезды является черная дыра. То есть коллапс за горизонт событий, в результате чего и образуется черная дыра, внутри которой, в свою очередь, образовывается сингулярность. Ученые утверждали, что в начале эволюции Вселенной тоже была сингулярность, которую можно охарактеризовать как начало всех начал.
Многие коллеги Хокинга в 60-е годы прошлого века старались объяснить образование и существование черных дыр лишь методами квантовой механики и положениями общей теории относительности. Хокинг же одним из первых, если не первым, стал применять термодинамику. Ему удалось получить точное выражение для энтропии черной дыры. В этом случае Стивен Хокинг воспользовался работами израильского физика Якоба Бекенштейна, который вывел зависимость — энтропия черной дыры пропорциональна ее площади.
В 70-х Стивен Хокинг встретился с рядом ученых СССР, включая известного физика Якова Зельдовича. Последний считал, что черные дыры вполне могут излучать фотоны. Все дело в том, что на горизонте событий в черной дыре образуются пары виртуальных частиц. Причем одна из них уходит от дыры, а вторая — падает в нее. Воспользовавшись этой перспективной идеей, Хокинг смог рассчитать тепловой спектр черной дыры. Он получил интересный результат. К примеру, температура черной дыры с массой, равной солнечной, почти нулевая, всего одна миллионная кельвина. Из-за этого черные дыры нельзя обнаружить обычными методами. Зато такие объекты отклоняют световые лучи при прохождении тех рядом, что является косвенным свидетельством существования дыры в пространстве. Современные астрономы определяют местоположение массивных объектов, включая черные дыры, именно благодаря этому явлению.
Спустя некоторое время Хокинг совместно с коллегой, ученым Джеймсом Хартли из США разработал концепцию, согласно которой существуют параллельные миры, для которых есть единая волновая функция. И то, что наблюдаем мы, люди — лишь одна из возможных реальностей. Эта концепция в дальнейшем перекочевала в массу научно-фантастических произведений, основа которых — как раз теория множественности реальностей.
Несмотря на то, что тело становилось все более немощным, мозг ученого работал четко и ясно. Он продолжал вести научную деятельность и активную жизнь. К сожалению, через время ученый смог управлять лишь одной мышцей своего тела — мимической мышцей щеки. Специально для Хокинга инженеры разработали систему управления компьютером на основе датчика движения. То есть движениями мимической мышцы Хокинг управлял системой.
Он продолжал активно работать. Хокинг опубликовал работу, о которой говорилось выше — «Краткую историю времени». Эта работа переведена на большое количество языков. Общий тираж книги составляет более 10 миллионов экземпляров.
Хокинг, кстати, первым заявил, что информация, которая была перенесена в черную дыру попавшими в нее объектами, не сохраняется. Правда, потом ученый изменил свое мнение, пояснив, что информация не теряется, однако трансформируется в форму, недоступную для человека. Материя, которая попадает в дыру, испаряется благодаря излучению Хокинга. А вот информация сохраняется не внутри черной дыры, а на горизонте событий. Хокинг объяснил это явление при помощи техники функционального интеграла, который взят по пространству с тривиальной топологией.
«Черные дыры на самом деле не такие уж черные, как их рисуют. Это не вечные тюрьмы, которыми их представляют. Что-то может выйти из них и, возможно, в другую вселенную. Так что, если вы чувствуете, что попали в черную дыру, не сдавайтесь. Выход есть!», — говорил Хокинг на одной из своих лекций.
Что касается других вселенных, то Стивен Хокинг и ряд его коллег считали и считают, что черные дыры могут быть туннелями в «сосдение» вселенные. Правда, не все черные дыры, а только те из них, которые достаточно велики и вращаются. Правда, пройдя по такому туннелю, в нашу вселенную вернуться нельзя. Интересно, что и эта концепция стала основой для ряда научно-фантастических произведений.
К слову, несмотря на то, что работы космологов довольно сложны для понимания (и это мягко сказано), реальное устройство мира еще сложнее, ведь физики и математики пытаются объяснить лишь часть феноменов, которые мы наблюдаем или считаем, что наблюдаем. Процесс познания — бесконечен, как и сама Вселенная. Нельзя надеяться на то, что устройство Вселенной станет ясным нашим потомкам через сто или даже тысячу лет. Но какие-то моменты проясняются, а туман непознанного постепенно рассеивается, хотя бы и понемногу, открывая четкие грани Знания. И в этом — несомненная заслуга Стивена Хокинга. После его смерти дети ученого заявили, что он оставил наследие нескольким поколениям сразу. В этом не приходится сомневаться.
|
Стивен Хокинг: наука, которая сделала его знаменитым
Опубликовано
Источник изображения, SPL
By Roland Pease
BBC HASE, SPL
BY Roland Pease
BBC HASE, SPL
BY Roland Pease
BBC HASE, SPL
от Roland Pease
BBC HASE, SPL
. 76. Кембриджский физик-теоретик был одним из самых известных ученых в мире, но как насчет его открытий?
Его слава среди исследователей была основана на серии исследований, которые объединили великую теорию гравитации Альберта Эйнштейна, общую теорию относительности, со странным миром квантовой механики, обычно применяемой к крошечным вещам, таким как атомы и молекулы.
В конце концов Хокинг получил описания черных дыр, способных испариться, и уравнения, описывающие всю историю Вселенной за один раз.
Самые важные открытия Хокинга
- Вместе с оксфордским математиком Роджером Пенроузом он показал, что если Большой Взрыв был, то он должен был начаться с бесконечно малой точки — сингулярности
- Черные дыры излучают энергию, известную как излучение Хокинга, постепенно теряя при этом массу. Это связано с квантовыми эффектами вблизи края черной дыры, области, называемой горизонтом событий
- . Он предсказал существование мини-черных дыр во время Большого взрыва. Эти крошечные черные дыры были бы невероятно горячими, теряя массу до тех пор, пока не исчезли бы, что могло закончить их жизнь мощным взрывом.
- В 70-х годах Хокинг рассматривал вопрос о том, уничтожаются ли частицы и свет, попадающие в черную дыру, если черная дыра испаряется. Хокинг изначально думал, что эта «информация» была потеряна для Вселенной. Но американский физик Леонард Сасскинд не согласился. Эти идеи стали известны как информационный парадокс. В 2004 году Хокинг признал, что информацию необходимо сохранить.
- Вместе с физиком Джеймсом Хартлом он попытался описать историю космоса одним математическим выражением. Но квантовая теория показывает, что различия между пространством и временем неясны. В результате предложение показало, что нет смысла спрашивать, что произошло до Большого взрыва.
- Некролог: Стивен Хокинг
- Жизнь в картинках
- Реакция на его смерть – последние новости
Его одержимость черными дырами у него были только первые намеки на болезнь двигательных нейронов, которая станет такой большой частью его жизни.
Вместе с оксфордским математиком Роджером Пенроузом он показал, что если Большой Взрыв имел место, то он должен был начаться с бесконечно малой точки — на языке физиков, «сингулярности».
В то время, когда еще остывающее послесвечение Большого взрыва (космическое микроволновое фоновое излучение) только что было обнаружено на небе, другие космологи надеялись на что-то менее радикальное, чем представление о том, что вся Вселенная возникла из ничего. .
Вместе Хокинг и Пенроуз показали, что поиск более мягких ответов безнадежен.
Заставить черные дыры исчезнуть
Следующим предприятием Хокинга в 1970-х годах было показать, что черные дыры вовсе не черные, а на самом деле, как говорится в названии одной статьи, «белоснежные».
Черные дыры — величайшее чудовище общей теории относительности. Впервые задуманные и названные Джоном Уилером, они представляют собой области пространства, настолько плотные, что все в их пределах схлопывается в одну точку — еще один пример сингулярности.
В то время казалось смешным, что эти горгоны гравитации имеют какое-то отношение к деликатной теории квантовой механики, призванной объяснить свет и орбиты электронов в атомах.
Источник изображения, SPL
Подпись к изображению,
Вместе с Роджером Пенроузом Хокинг показал, что Большой взрыв должен был начаться с бесконечно малой точки
Но Хокинг показал обратное. На самом деле квантовая теория полностью меняет судьбу черных дыр.
На самых своих краях, как показал Хокинг, черные дыры будут создавать и излучать новые частицы в соответствии с этими законами, теряя энергию и, следовательно, теряя массу (вспомните уравнение Эйнштейна E=mc²).
Черной дыре потребовалось бы очень много времени, чтобы испариться таким образом, но Хокинг сказал, что в свои последние мгновения она испарится в результате выброса энергии, эквивалентной водородной бомбе в миллион мегатонн.
Когда Большой адронный коллайдер был открыт в швейцарско-французской сельской местности недалеко от Женевы, была надежда, что ускоритель частиц сможет создать микроскопические черные дыры и таким образом подтвердить идеи Хокинга.
Тогда Нобелевская премия была бы несомненной. Но БАК еще ничего не видел.
Объяснение Вселенной
Изучив одиночные черные дыры, Хокинг обратил свое внимание на Вселенную в целом — окончательный, неизбежный гравитационный контейнер.
Законы квантовой науки применимы здесь так же, как к исчезающей черной дыре, особенно в первый момент Большого Взрыва.
В то время как другие исследователи изо всех сил пытались изобразить краткий момент жизни молекулы, используя квантовые законы, Хокинг показал, что можно заключить всю историю всей Вселенной в одно математическое выражение — «Волновую функцию Вселенной», как он назвал это.
Потому что выражение является самодостаточным — оно начинается с одной сингулярности в начале времени и закрывается другой в конце времени, и, если необходимо, история может прыгать туда-сюда между этими двумя концами книги.
Нет необходимости, да и смысла спрашивать, что произошло до Большого Взрыва. Существующая Вселенная объяснила бы себя на своих собственных условиях.
- Стивен Хокинг в кавычках
- Открытия, которые сделали Стивена Хокинга знаменитым этой теории до конца своей жизни.
Одно дело знать, что такое математическое описание может существовать; узнать, какое выражение является правильным, гораздо сложнее.
Разум Стивена Хокинга не был всепобеждающим джаггернаутом общественного мифа.
Как и любой ученый, он время от времени ошибался, и ему часто приходилось признавать поражение в интеллектуальной битве.
Мы иногда знаем об этом из-за его пристрастия делать причудливые ставки по спорным вопросам — годовая подписка на Playboy против одной на Private Eye, в одном случае.
Это произошло в 2004 году, когда он признался ученому-компьютерщику Джону Прескиллу, что черные дыры не являются окончательными измельчителями информации во Вселенной (следствие, которое он понял из своих теорий черных дыр, которые подорвали бы некоторые из самых фундаментальных законов физики). .
Хокинг предположил, что черные дыры могут хранить информацию о своем прошлом, закодированную каким-то образом на их краях — так называемый горизонт событий.
Человек для более широких горизонтов
Многих исследователей разочаровала та легкость, с которой Стивен Хокинг добивался известности, часто затмевая другие таланты столь же экстраординарными или смелыми идеями.