Содержание
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 – 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 ошибка, сделавшая его карьеру
Люди
Этот выпуск Исчезающая ложка является третьим в серии из трех частей о легендарных физиках и их глупейших ошибках.
Эпизод 298 | 5 апреля 2022 г.
Подкаст о дистилляциях |
Эпизод 298 |
5 апреля 2022 года. Хокинг в своем самом известном открытии.
Прослушать часть 1: Исаак Ньютон >>
Прослушать часть 2: Альберт Эйнштейн >>
О
Исчезающая ложка
Институт истории науки объединился с New York Times автором бестселлеров Сэмом Кином представить нашим слушателям второй подкаст по истории науки. Исчезающая ложка рассказывает малоизвестные истории из нашего научного прошлого — от шокирующего способа транспортировки вакцины против оспы по всему миру до того, почему у нас нет противозачаточных таблеток для мужчин. Эти перевернутые научные рассказы, некоторые из которых никогда не попадали в учебники по истории, удивительно сильны и проницательны.
Кредиты
Хост: Сэм Кин
Старший продюсер: Mariel Carr
Производитель: Rigoberto Hernandez
Associate Produce: Padmini Parthasarathy
Audio Engineer: Jonathan Pfeffe R
Transcript
As Partismer as PartImer is PartImmer As PartImmer As PartImmer 9000 2 As PartImmer As PartImmer As PartImmer As PartImmer 9000 2 AS That PartImmer As PartImmer 9000 2 AS That PartImmer As PartImmer 9000 2.
серия из трех частей о легендарных физиках и их самых глупых ошибках. Чтобы начать сегодняшний выпуск, давайте поиграем в небольшую игру. Я назову известного ученого, а вы говорите первую теорию или идею, которая придет вам на ум.
Начните с Исаака Ньютона. Вы, наверное, думаете… гравитация, верно?
Далее, Мария Кюри. Она напоминает… радиоактивность.
А как насчет Чарльза Дарвина? Наверное… эволюция.
А теперь посложнее. Стивен Хокинг. Конечно, вы, вероятно, можете вспомнить некоторые вещи о нем как о человеке. Инвалидная коляска. Книга, которую он написал, Краткая история времени . Этот незабываемый голос.
Но что именно сделал Хокинг в научном плане? Не многие знают. Итак, сегодняшний выпуск посвящен самому известному открытию Хокинга, тесно связанному с ужасной ошибкой. Но, как показал нам Эйнштейн на прошлой неделе, иногда ужасная ошибка — самый верный путь вперед.
Большое открытие Хокинга связано с черными дырами. Черные дыры возникают, когда безбожное количество материи сжимается в маленьком пространстве.
Из-за всей этой концентрированной материи черные дыры имеют огромные гравитационные поля. Настолько огромные, что ничто не может ускользнуть из их лап. Даже не свет, самая быстрая вещь во Вселенной. На самом деле, именно поэтому черные дыры черные — свет входит внутрь, но никогда не выходит наружу.
Ученые впервые предсказали появление черных дыр на бумаге в начале 1900-х годов. Но даже до 19В 60-е годы многие физики не верили в существование черных дыр. Действительно, многие относились к ним с чем-то вроде ужаса. В них было что-то чудовищное, почти нечестивое.
Но черные дыры понравились Стивену Хокингу, у которого была некоторая озорная сторона. А в начале 1970-х Хокинг сделал о них странное открытие.
У всех черных дыр есть так называемый «горизонт событий». Это невидимая, но реальная граница вокруг них, на некотором расстоянии. Если вы находитесь на дальней стороне границы, вы теоретически можете избежать черной дыры, если будете бежать достаточно быстро. Вас не засосет.
Но как только ты перейдешь эту границу, пусть даже мизинцем, ты обречен. Черная дыра затянет вас. Звучит драматично, и так оно и есть: горизонт событий — это горизонт катастрофы. Все, что с одной стороны, безопасно, все, что с другой стороны, обречено. Фактически горизонт событий измеряет размер черной дыры.
Теперь давайте представим, что кто-то падает в черную дыру. Они подверглись бы тому, что иногда называют спагеттификацией. То есть силы черной дыры будут оказывать такое огромное напряжение на их тела — и делать это напряжение так быстро, — что они будут растянуты в длинный тонкий кусок спагетти, прежде чем будут уничтожены. Не лучший способ пойти.
Произойдет еще что-нибудь интересное. Опять же, черные дыры всасывают вещи, потому что у них очень большая масса. А их всасывающая способность напрямую зависит от их массы. Маленькая черная дыра с относительно небольшой массой будет иметь меньшую всасывающую силу, чем большая черная дыра с большой массой.
Кроме того, маленькая черная дыра также будет иметь меньший горизонт событий.
То есть вы могли бы на цыпочках подойти ближе к маленькой черной дыре, не засасывая ее, чем к большой черной дыре. Таким образом, в целом и сила всасывания, и горизонт событий зависят от массы.
Подумайте, что произойдет, если кто-то или что-то упадет в черную дыру. Этот человек или вещь имеет массу. Таким образом, общая масса черной дыры теперь будет расти. А когда масса растет, растет и сила всасывания, и горизонт событий. Как я уже упоминал, горизонт событий эффективно измеряет размер черных дыр. Итак, конечный результат таков: когда что-то падает в черную дыру, черная дыра становится больше. Это как блоб. Он ест, и он растет.
Так вот, люди знали об этом до Стивена Хокинга. Но Хокинг провел здесь необычную связь, которую видит только гений.
По определению ничто не может ускользнуть от черной дыры. Как только что-то входит, оно застревает. Таким образом, черные дыры и их горизонты событий со временем только увеличиваются. Они никогда не становятся меньше.
Что-то пингуется в памяти Хокинга.
Потому что в физике есть другая величина, которая демонстрирует то же свойство. Это называется энтропия.
Энтропия происходит из области термодинамики, изучения тепла. Энтропия — это, по существу, мера беспорядка, хаоса. А согласно законам термодинамики энтропия никогда не уменьшается; беспорядок всегда увеличивается. Вот почему старые здания и вещи всегда самопроизвольно разрушаются, но никогда самопроизвольно не восстанавливаются. Энтропийный беспорядок всегда увеличивается.
Долгое время ученые считали, что энтропия уникальна. Стоимость других физических величин может увеличиваться или уменьшаться; только энтропия шла в одном направлении. Но Хокинг предположил, что размер черных дыр также относится к этому элитному списку. Насколько всем известно, это были единственные две величины во Вселенной, которые никогда не уменьшались.
Хокинг не особо задумывался об этой связи. Он просто умно указал на это. Он определенно не думал, что существует какая-то глубокая связь между энтропией и черными дырами.
На самом деле, он сопротивлялся самой идее.
Во-первых, если у черных дыр есть энтропия, это означает, что у них есть энергия, тепло. Это также означает, что у них есть температура, что немного странно. Как бы вы измерили температуру черной дыры? Воткнуть туда градусник? Это глупо.
Более того, если бы черные дыры обладали теплом, они также должны были бы излучать энергию в холодное космическое пространство. Эта излучаемая энергия будет иметь форму световых лучей. Но это противоречие. Помните, ничто не может ускользнуть от черной дыры, даже свет. Следовательно, сказал Хокинг, черные дыры не излучают тепло.
В более глубоком смысле Хокинг говорил, что законы термодинамики просто неприменимы к черным дырам. Это были такие чудовищные сингулярности, что в их присутствии нарушались сами законы физики. В целом, тот факт, что энтропия и размер черной дыры были единственными двумя известными величинами, которые всегда увеличивались, был просто совпадением — не более того.
По крайней мере, так думал Хокинг. Но одного человека это не убедило.
У Хокинга было мало шансов на успех. В то время как Хокинг был гениальным мальчиком, выросшим в Англии и посещавшим шикарные Кембридж и Оксфорд, Джейкоб Бекенштейн был сыном бедных еврейских беженцев из Мексики. Его отец был плотником.
Но Джейкоб был сообразителен. Он был очарован Sputnik и использовал для создания самодельных ракет из химикатов, которые он покупал в магазинах медицинских товаров. Когда его семья переехала в Нью-Йорк в 1960-х годах, он получил докторскую степень. в физике.
Его наставником был Джон Уилер, настоящий чудак. Уилер был стойким патриотом США во время холодной войны, но у него также были друзья-коммунисты. Он был суровым консерватором, но обожал движение за гражданские права. Когда Уилеру становилось скучно на собраниях — что случалось часто, — он случайным образом открывал бумажные пакеты 
Тем не менее, Уилер был хорошим физиком; он фактически ввел термин «черная дыра». И он что-то увидел в Бекенштейне. Возможно, их сблизила любовь к ракетной технике и взрывчатке; На самом деле Уилер в детстве потерял часть пальца из-за своенравной петарды.
Как бы то ни было, однажды в 1971 году Бекенштейн взял в руки статью этого крутого Стивена Хокинга. Это была статья, в которой Хокинг указал на свою забавную маленькую идею о том, что и энтропия, и размер черных дыр всегда увеличиваются. Он также предположил, что черные дыры нарушают законы термодинамики, поскольку они не могут излучать тепло или иметь температуру.
Но этот вывод не устраивал Бекенштейна. Говорить, что что-то нарушает законы термодинамики, казалось ему сумасшествием. Термодинамика — чрезвычайно успешная теория, и она совершенно универсальна. Как черные дыры могут обойти этот фундаментальный закон природы?
Итак, Бекенштейн сел посчитать. И действительно, немного поработав, он нашел кое-что интересное. Это было так.
Если что-то бросить в черную дыру, вы увеличите ее массу. Но согласно Эйнштейну и E=mc 2 , масса и энергия взаимосвязаны. Если вы увеличиваете массу, вы увеличиваете энергию. И если вы увеличиваете энергию, вы увеличиваете энтропию-беспорядок. Таким образом, в силу транзитивного свойства увеличение массы черной дыры увеличивает ее энтропию.
Но, как мы только что узнали, увеличение массы также увеличивает размер горизонта событий черной дыры. Таким образом, в конечном итоге и энтропия, и размер черной дыры увеличиваются синхронно. Вы можете использовать один для измерения другого.
Эта небольшая цепочка рассуждений понравилась Бекенштейну. Возможно, все-таки была связь между энтропией и черными дырами.
Тем не менее, здесь было одно серьезное возражение. Если черные дыры обладают энтропией, они должны излучать тепло в виде световых лучей. Но как это могло быть, если ничто не может ускользнуть от них? Это был парадокс. И, откровенно говоря, Бекенштейн не знал, как разрешить этот парадокс.
Итак, он поговорил об этом со своим наставником Уилером. Уилер также не знал, как разрешить этот парадокс. Но он все равно призвал Бекенштейна опубликоваться. «Ваша идея настолько безумна, что может оказаться верной», — сказал он.
Значит, Бекенштейн опубликовал его, не подозревая, какой шум это вызовет.
Когда в 1972 году вышла статья Бекенштейна, большинство людей просто рассмеялись. Разве он не читал фатальные возражения Хокинга против связи энтропии с черными дырами? Боже. Как позже вспоминал Бекенштейн, «это были… одинокие годы».
Тем временем Хокинг был в ярости. Он чувствовал, что Бекенштейн взял его прекрасную работу и превратил ее во что-то уродливое. Как он посмел. Итак, Хокинг решил доказать, что этот панк Бекенштейн не прав, и поставить его на место.
Вот только все вышло не совсем так. Хокинг начал возиться со своими расчетами, вертя их так и сяк, пытаясь увидеть, где Бекенштейн сбился с пути. Но чем глубже он копал, тем больше доказательств в пользу Бекенштейна накапливалось. Все, что делал Хокинг, предполагало, что черные дыры не только обладают энтропией, но и излучают тепло.
В этот момент Хокинг немного запаниковал. Он решил, что должен держать эту работу в абсолютном секрете. Он боялся, что это слово просочится наружу и что Бекенштейн использует его как улику против него. Хокинг был уверен, что где-то есть изъян, что-то тонкое, что он упустил из виду. Он просто должен был узнать, что. Это переросло в одержимость им.
Но после двух лет изнурительного труда Хокингу, в конце концов, пришлось с трудом сглотнуть и признать, что — уф — он ошибся. Бекенштейн был прав: казалось, что черные дыры излучают тепло.
Но как насчет этого парадокса? Хокинг долго и упорно думал об этом. И я знаю, что это прозвучит странно. Это была проблема, связанная с термодинамикой и общей теорией относительности. Но у Хокинга возникла догадка — всего лишь догадка, — что, возможно, путь к разрешению парадокса лежит в третьей области физики — квантовой механике.
Далее следует аналогия; это не реальность. Так что имейте это в виду. Но догадка Хокинга касалась не чего иного, как энергии вакуума — энергии пустого пространства, о которой мы говорили в прошлом эпизоде.
Помните, что из-за энергии вакуума призрачные частицы постоянно возникают и исчезают. К ним относятся частицы света — так называемые фотоны.
Эти волшебным образом возникающие фотоны всегда возникают парами — их всегда два. И у них есть забавное свойство. Они компенсируют друг друга. То есть, если фотон А сталкивается с фотоном Б, они аннигилируют друг друга. Потом их как будто и не было. И 99,99999 — в любом проценте случаев именно так и происходит. Два фотона вспыхивают, на мгновение пробуют жизнь, затем сталкиваются и исчезают.
Но вблизи черных дыр происходит нечто иное. Предположим, что два фотона вспыхивают прямо на краю горизонта событий. И допустим, фотон А уходит влево. Из-за этого он огибает горизонт событий. Но несчастливая частица B идет прямо и пролетает мимо горизонта событий. Теперь он застрял. Его засосало в черную дыру. И поскольку она потеряна навсегда, частица А никогда не аннулируется. Он убегает и уносится в более широкую вселенную.
А теперь представьте, что это происходит много-много-много раз — миллиарды миллиардов раз, прямо на краю черной дыры. Это выглядело бы как поток света, исходящий из черной дыры. И на расстоянии вы можете измерить энергию этого света и преобразовать ее в температуру. Казалось бы, черная дыра излучает тепло.
Итак, парадокс разрешился. Черные дыры не излучают тепло изнутри горизонта событий, потому что ничто не может выйти наружу. Но черные дыры могут создать условия для выхода тепла наружу. Это тонкая разница, но этого достаточно, чтобы спасти вещи.
Сам Хокинг использовал аналогию с частицами, покидающими край горизонта событий, чтобы объяснить свою работу. Но опять же, это аналогия — реальность сложнее. Но общая картина верна: у черных дыр есть энтропия и температура, и они создают условия для излучения тепла в виде фотонов. Черные дыры не такие уж и черные.
Эти фотоны теперь известны как излучение Хокинга. Это открытие, которым он наиболее известен. И он никогда не смог бы сделать это, если бы не совершил свою первоначальную ошибку и не был бы исправлен Якобом Бекенштейном.
Это был не единственный раз, когда Стивен Хокинг ошибался. На самом деле, у него была некоторая история смелых заявлений о научных спорах и обратном. На самом деле я собрал не один, а два бонусных эпизода об этих грубых ошибках на patreon.com/disappearingspoon.
Первый бонус включает в себя несколько пари, которые Хокинг сделал и проиграл, включая грязный журнал и очень сердитую жену. Второй бонус касается истории, в которой Хокинг выступал на сцене с докладом в России, а другой ученый переводил для него. За исключением того, что другой ученый недавно обнаружил что-то, что опровергало все, что говорил Хокинг, а другому ученому все равно пришлось сесть и перевести это, зная, что идеи Хокинга обречены. Разговор о неловком. Но это отличная история, так что посмотрите. Patreon.com/disappearingspoon.
Подводя итог истории излучения Хокинга: Честно говоря, это открытие может показаться не таким грандиозным, как великие идеи, упомянутые в начале эпизода. Действительно ли это сравнится с величием Ньютона или Эйнштейна? Может быть, не сейчас. Но в будущем у нас может быть другая точка зрения.
Большинство людей этого не знают, но квантовая механика и теория относительности Эйнштейна на самом деле не очень хорошо сочетаются друг с другом. Например, вспомните последний эпизод, когда они сделали противоположные предсказания, отличавшиеся на 121 порядок. Нехорошо. И это далеко не единственный случай, когда они противоречат друг другу.
Но работа Хокинга о черных дырах объединяет квантовую механику и теорию относительности в аккуратный маленький пакет. Это значительное достижение. И это может указать путь к конечной цели физики — так называемой великой объединенной теории всего, которая включает в себя как квантовую механику, так и теорию относительности и объединяет их в нечто большее.
Итак, если мы снова поиграем в эту игру словесных ассоциаций, и я сказал Стивен Хокинг… давайте, подумайте о книге, которую он написал, и обо всех препятствиях, которые он преодолел в своей жизни. Это чертовски удивительно. Но подумайте также и об излучении Хокинга — и особенно о том, что заглядывание в бездну черной дыры может стать будущим физики.
Hawking Hawking by Charles Seife
One of Prospect Magazine ‘s Ten Best Biographies of 2021 — Prospect Magazine
“ Hawking Hawking is deeply researched and richly sourced … Seife succeeds in подавая что-то от аромата тех трудных и довольно эзотерических идей, которые составляют основу вклада Хокинга в науку, таким образом, чтобы у обычных читателей не было расстройства желудка… Сейф оказал важную услугу, задокументировав жизнь Стивена Хокинга, как она на самом деле произошло .»— Фрэнк Вилчек , New York Times
«Чарльз Сейф, биограф, храбрее большинства , начинает с того, что смотрит на марионетку. Его тщеславие состоит в том, чтобы рассказать историю Хокинга задом наперед, сняв слои знаменитости и неспособности раскрыть раненого человека внутри. Это хитрая идея, которая работает так хорошо, что вы удивляетесь, почему никто не додумался до нее до .
— Саймон Ингс , Зритель США
« острая, непочтительная биография Сейфа позиционирует уважаемого физика, по сути, как шоумена — создание средств массовой информации, проданное публике, жаждущей как вдохновляющих рассказов («существо чистого интеллекта»), так и непристойных лакомых кусочков, которые регулярно выкашливаются о нем. в таблоидах (связи, оскорбления, стриптиз-клубы). Среди других испепеляющих утверждений Сейф убедительно утверждает, что книги Хокинга и «открытия», последовавшие за его знаменитостью и богатством «Краткой истории времени», были, по сути, перефразированием. «— Эмили Дональдсон , The Globe and Mail
«[Сейф] стремится найти человека, затерянного внутри мифа, поэтому он должен сначала отколоть яркую оболочку…. Метаморфоза в основе книги когда дело доходит до драматичности ». — Джеймс Глейк , New York Review of Books
« лучшая биография, опубликованная самого известного ученого последних десятилетий. … Успешная попытка
спасти сложного ученого от бесчисленных искажений славы. … Книга очеловечивает Хокинга , но раскрывает трагическую суть его знаменитости . взгляд без прикрас на космолога и эксперта по черным дырам Стивена Хокинга, умершего в 2018 году. Книга, изобилующая сообщениями об открытиях доктора Хокинга и его жизни (и написанная в обратном хронологическом порядке), стремится отделить человека и его науку от Эйнштейнова аура прозорливости, которой он позволил окутать свою публичную персону».0174 Деннис Овербай , New York Times
«Богатая биография ветерана-научного писателя Чарльза Сейфа не удерживает от изучения менее привлекательных сторон Хокинга. нуждается в сокращении до размеров, а потому, что его нужно переочеловечить. .. Жизнь Хокинга стоит праздновать, но если мы превратим ее в миф, то она станет просто историей, на которую мы можем спроецировать наши тревоги и фантазии .»— Philip Ball , Prospect Magazine
«В Hawking Hawking , Seife представляет живой обзор карьеры Хокинга ….Его цель не в том, чтобы раскрыть другого человека Стивена Хокинга: Хокинг Хокинг биографы… сделали это с переменным успехом, хотя Сейф дополняет этот портрет свежими интервью и исследованиями, но на самом деле он преследует более интригующую добычу: отношения Хокинга с публикой и источник его знаменитости ….Сейф ясно интерпретирует физику Хокинга, но он также полон решимости быть хладнокровным судьей карьеры Хокинга». могущественный ученый, но, скорее, на Хокинге как ослепительном публичном образе, культурной иконе …. возмущение, которое эта книга вызовет среди поклонников Хокинга, вызовет интерес у любопытных ». — Брайс Кристенсен , Booklist
«[A] penetrating dissection of the physicist’s celebrity. «— Andrew Robinson , Nature
“It is true that publishers in particular took advantage of Stephen Hawking’s tragic ситуация жертвы прогрессирующего неврологического заболевания — бокового амиотрофического склероза… Но если это была эксплуатация, то это была эксплуатация того, кто слишком хотел, чтобы его эксплуатировали. [Сейф], безусловно, воздерживался от резкой расправы над Хокингом, и его нельзя обвинить ни в дешевой сенсации».0174 Энтони Дэниелс , Новый критерий
«[] Захватывающий, иногда тревожный отчет… Авторское превосходное объяснение науки Хокинга делает эту первоклассную биографию значительной научной фигуры , но Сейфе также создает уникально тревожный портрет преднамеренного мифотворчества… нелестная, но выдающаяся биография гиганта физики 20-го века ». — Киркус
«Сейф помещает научный вклад Хокинга в контекст и анализирует вдохновляющую, но трагическую историю о гении, заточенном в бесполезном теле.