Теории стивена хокинга: Пять популярных теорий Стивена Хокинга |

Содержание

Пять популярных теорий Стивена Хокинга

«Почти совершенное воплощение свободного духа, огромного интеллекта, человека, который мужественно преодолевает физическую немощь, отдавая все силы на расшифровку «божественного замысла», — таким описывает Хокинга в своей книге немецкий популяризатор науки Хуберт Мания.

Достижения Хокинга в науке неоспоримы. «РГ» расскажет о некоторых самых популярных теориях великого физика.

Излучение Хокинга

Излучение Хокинга — гипотетический процесс «испарения» черных дыр, то есть испускания разнообразных элементарных частиц (преимущественно фотонов).

Процесс был предсказан Хокингом в 1974 году. Его работе, кстати, предшествовал визит в Москву в 1973 году, где он встречался с советскими учеными: одним из создателей атомной и водородной бомб Яковом Зельдовичем и одним из основоположников теории ранней Вселенной Алексеем Старобинским.

«Когда огромная звезда сжимается, ее гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может больше покидать ее пределы. Область, из которой ничто не может выйти, и называется «черная дыра». А ее границы называются «горизонт событий», — так поясняет Хокинг.

Отметим, понятие о черной дыре как объекте, который ничего не излучает, а может лишь поглощать материю, справедливо до тех пор, пока не учитываются квантовые эффекты.

Именно Хокинг начал изучать поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики. Он выяснил, что частицы могут выходить за ее пределы и что черная дыра не может быть абсолютно черной, то есть — существует остаточная радиация. Коллеги-ученые рукоплескали: все теперь изменилось! Информация об открытии распространилась в научной среде как ураган. И эффект произвела аналогичный.

Позже Хокинг обнаружил и механизм, посредством которого черные дыры могут излучать радиацию. Он пояснил, что с точки зрения квантовой механики пространство наполнено виртуальными частицами. Они постоянно материализуются парами, «разлучаются», снова «встречаются» и аннигилируют. Вблизи черной дыры одна из пары частиц может упасть в нее, и тогда у второй не останется пары для аннигиляции. Такие «брошенные» частицы и образуют радиацию, которую излучает черная дыра.

Из этого Хокинг делает вывод, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.

«Эйнштейн так и не принял квантовую механику из-за связанного с ней элемента случайности и неопределенности. Он сказал: Бог не играет в кости. Похоже, что Эйнштейн ошибся дважды. Квантовый эффект черной дыры позволяет предположить, что Бог не только играет в кости, но и иногда бросает их туда, где их нельзя увидеть», — считает Хокинг.

Излучение черных дыр — или излучение Хокинга — показало, что гравитационное сжатие не настолько окончательно, как было принято считать ранее: «Если астронавт падает в черную дыру, он вернется затем во внешнюю часть Вселенной в виде радиации. Таким образом, в каком-то смысле астронавт будет переработан».

Вопрос существования Бога

В 1981 году Хокинг побывал на конференции по космологии в Ватикане. После конференции Папа Римский дал аудиенцию ее участникам и сказал им, что они могут изучать развитие Вселенной после большого взрыва, но не сам большой взрыв, поскольку это — момент творения, а стало быть — дело Божье.

Позже Хокинг признался, что был рад тому, что Папа не знал тему лекции, которую ученый прочел перед этим. Она как раз касалась теории, согласно которой у Вселенной не было начала, момента творения как такового.

Подобные теории были и в начале 1970-х годов, они говорили о фиксированном пространстве и времени, которые на протяжении вечности были пустыми. Затем, по какой-то неизвестной причине, образовывалась точка — вселенское ядро — и происходил взрыв.

Хокинг полагает, что «если мы движемся назад во времени, мы доходим до сингулярности большого взрыва, в которой законы физики не действуют. Но есть другое направление движения во времени, которое позволяет избежать сингулярности: оно называется воображаемым направлением времени. В нем можно обойтись без сингулярности, которая является началом или концом времени».

То есть появляется момент в настоящем, которому совсем не обязательно сопутствует цепочка моментов в прошлом.

«Если у Вселенной было начало, мы можем предполагать, что у нее был и создатель. Но если Вселенная является самодостаточной, не имеет границы или края, значит, она не была создана и не будет уничтожена. Она просто существует. Где же тогда место для ее создателя?» — вопрошает физик-теоретик.

«От большого взрыва до черных дыр»

С таким подзаголовком в апреле 1988 года в свет вышла книга Хокинга «Краткая история времени», моментально ставшая бестселлером.

Эксцентричный и в высшей степени умный Хокинг активно занимается популяризацией науки. В его книге хоть и рассказывается о появлении Вселенной, о природе пространства и времени, черных дырах, встречается одна единственная формула — E=mc² (энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света в свободном пространстве).

До 20 века считалось, что Вселенная — вечна и неизменна. Хокинг весьма доступным языком доказывал, что это не так.

«В свете от далеких галактик происходит смещение в сторону красной части спектра. Это означает, что они удаляются от нас, что Вселенная расширяется», — говорит он.

Статичная Вселенная кажется привлекательнее: она существует и может продолжить существовать вечно. Она — нечто незыблемое: человек стареет, но Вселенная всегда так же молода, как в момент формирования.

Расширение Вселенной позволяет предположить, что у нее, в какой-то момент в прошлом, было начало. Этот момент, когда Вселенная начала свое существование, и получил название большого взрыва.

«Умирающая звезда, сжимаясь под действием собственной гравитации, в конце концов, превращается в сингулярность — в точку бесконечной плотности и нулевого размера. Если повернуть вспять ход времени так, чтобы сжатие превратилось в расширение, станет возможным доказать, что у Вселенной было начало. Однако доказательство, основанное на теории относительности Эйнштейна, показывало также, что невозможно понять, как произошла Вселенная: оно демонстрировало, что все теории не действуют в момент начала Вселенной», — отмечает ученый.

Человечество ждет гибель

Можно увидеть, как чашка падает со стола и разбивается. Но нельзя увидеть, как она собирается обратно из осколков. Увеличение беспорядка — энтропии — именно то, что отличает прошлое от будущего и придает направление времени.

Хокинг задался вопросом: что произойдет, когда Вселенная прекратит расширяться и начнет сжиматься? Увидим ли мы, как разбитые чашки собираются из осколков?

«Мне казалось, что когда начнется сжатие, Вселенная вернется в упорядоченное состояние. В таком случае, с началом сжатия время должно было повернуть вспять. Люди в этой стадии проживали бы жизнь задом наперед и молодели по мере сжатия Вселенной», — говорил он.

Попытки создать математическую модель теории не увенчались успехом. Позже Хокинг признал свою ошибку. По его мнению, она заключалась в том, что он использовал слишком простую модель Вселенной. Время не повернет свой ход вспять, когда Вселенная начнет сжиматься.

«В реальном времени, в котором мы живем, у Вселенной есть две возможные судьбы. Она может продолжать расширяться вечно. Или она может начать сжиматься и прекратить свое существование в момент «большого сплющивания». Это будет похоже на большой взрыв, только — наоборот», — полагает физик.

Хокинг допускает, что Вселенную все-таки ожидает финал. Однако, оговаривается, что у него, как у пророка конца света, не будет возможности оказаться в то время — через много биллионов лет — и осознать свою ошибку.

Согласно теории Хокинга, спасти человечество при таком раскладе может только способность оторваться от Земли.

Инопланетяне существуют

Люди отправляют в космос беспилотные аппараты с изображениями человека и координатами, указывающими расположение нашей планеты. В космос посылают радиосигналы, в надежде, что их заметят инопланетные цивилизации.

Если верить Хокингу, то встречи с представителями других планет не сулят землянам ничего хорошего. Основываясь на своих знаниях, он не отрицает возможность существования внеземной цивилизации, но надеется, что встречи не произойдет.

В документальном телесериале канала Discovery он высказал мнение о том, что если технологии инопланетян будут превосходить земные, они обязательно образуют на Земле свою колонию и поработят человечество. Хокинг сравнил этот процесс с прибытием Колумба в Америку и последствиями, которые ожидали коренное население континента.

«Во Вселенной со 100 миллиардами галактик, каждая из которых содержит сотни миллионов звезд, маловероятно, что Земля является единственным местом, где развивается жизнь. С чисто математической точки зрения, одни лишь цифры позволяют принимать мысль о существовании инопланетной жизни как абсолютно разумную. Реальной проблемой является то, как могут выглядеть инопланетяне, понравятся ли они землянам своим видом. Ведь они могут быть микробами или одноклеточными животными, или червями, которые населяли Землю в течение миллионов лет», — считает Хокинг.

Даже близкие и друзья космолога отмечают, что нельзя верить каждому его слову. Он — искатель. А в таком деле допущений больше, чем фактов, и ошибки неизбежны. Но даже при этом его изыскания дают человеку пищу для ума, точку, от которой можно начать поиск ответа на вопрос о существовании человека и Вселенной.

«Ответ на этот вопрос будет величайшим триумфом человеческого разума, ибо тогда мы познаем ум Бога», — говорит Хокинг.

Интересные теории и факты Стивена Хокинга, которые сделали его известным

«Это было великолепное время, быть живым…» («That has been a glorious time to be alive & doing research in theoretical physics»)… Стивену Хокингу, английскому физику-теоретику, который наиболее известен своей работой по объяснению происхождения Вселенной и черных дыр, сегодня, 8 января 2022 года исполнилось бы 80 лет. Легендарный ученый, директор по научной работе Центра теоретической космологии Кэмбриджского университета ушел из жизни четыре года назад, 14 марта 2018 года, в возрасте 76 лет после долгой болезни, называемой боковым амиотрофическим склерозом (БАС), которая парализовала его на десятилетия.

Хокинг родился в 1942 году в Оксфорде, где его отец изучал паразитологию, а мать — философию, политику и экономику. Диагноз неизлечимого неврологического заболевания, которое приводит к гибели нервных клеток, контролирующих произвольные движения мышц, такие как дыхание, ходьба, разговор и жевание, был поставлен ему в 1963 году. Средняя ожидаемая продолжительность жизни после получения подобного диагноза составляет около 3 лет и зависит от мотонейронов, управляющих диафрагмой. Это делает дыхательную недостаточность наиболее распространенной причиной смерти. Также, ухудшение глотания мышц приводит к недоеданию и обезвоживанию.

«Мои ожидания свелись к нулю в 21 год. Все с тех пор было бонусом. Хотя я не могу двигаться и должен разговаривать через компьютер, в своем разуме я свободен. Я провел жизнь, путешествуя по вселенной… в своем разуме», — рассказал Стивен Хокинг.

Он ясно знал свою цель: получить полное представление о Вселенной и получить ответы на вопросы, почему все так, как есть, и почему оно вообще существует. Свои наработки Хокинг изложил в ряде научно-популярных книг, понятных и легко читаемых — в том числе «Краткая история времени» (A Brief History of Time), которая входила в список бестселлеров британского издания The Sunday Times на протяжении рекордных 237 недель.

Каковы важные открытия Стивена Хокинга?

Вместе с оксфордским математиком Роджером Пенроузом он объяснил, что Большой Взрыв (если он был) должен был начаться с сингулярности, то есть с бесконечно малой точки.
Он узнал, что черные дыры выделяют энергию (которая называется излучением Хокинга). И они имеют тенденцию постепенно терять массу во время этого процесса. Причиной этого являются квантовые эффекты, которые возникают в области, называемой горизонтом событий, который находится вблизи края черной дыры.
В одной из теорий Стивена Хокинга можно увидеть его предсказания о существовании мини-черных дыр во время Большого взрыва. Считается, что эти крошечные черные дыры закончили свою жизнь мощным взрывом.
Вместе с физиком Джеймсом Хартлом он приложил свои усилия к описанию истории космоса с помощью математического выражения. Квантовая теория заявляет о неясной разнице между пространством и временем, поэтому необходимости спрашивать, что произошло до Большого взрыва, больше не было.

Вместе с Брэндоном Картером и Джеймсом Бардином он открыл законы механики черной дыры:

Первый закон, который также известен как теорема площади Хокинга, гласит, что общая площадь поверхности черной дыры никогда не станет меньше.
Второй закон объясняет, что черные дыры были горячими. Это противоречит классической физике, которая утверждает, что черные дыры не излучают тепло.
Третья теорема о черных дырах «без волос». Она говорит о том, что черные дыры могут характеризоваться тремя числами: их массой, их зарядом и их угловым моментом.
Черные дыры испускают излучение, пока их энергия не иссякнет и, наконец, не испарится. Это сегодня называется «излучением Хокинга».
Теория космической инфляции в 1982 году.

Хокинг был одним из первых, кто вычислил квантовые флуктуации, т.е. небольшие изменения в распределении вещества, которые могут привести к распространению галактик и, соответственно, экспоненциальному расширению Вселенной.

Модель волновой функции Вселенной 1983 года

Одна из теорий Стивена Хокинга утверждает, что до большого взрыва времени не существовало, и поэтому концепция начала Вселенной не имеет смысла. Он считал, что вселенная не имеет первоначальных границ в пространстве или времени.

Книга «Краткая история времени», изданная в 1988 году

В ней вы можете найти описание и объяснение ряда явлений, таких как Большой взрыв, черные дыры, световые конусы и т. д. В 2005 году вышло новое издание книги в соавторстве с коллегой Леонардом Млодиновым (р. 1954), которое называлось уже «Кратчайшая история времени».

Нисходящая теория космологии в 2006 году

Эта теория утверждает, что вселенная состояла из суперпозиции многих начальных условий, а не одного уникального начального состояния.

Кроме того, Стивен Хокинг написал такие информативные книги, такие как «Вселенная в двух словах» (2001) и « Бог создал целые числа: математические прорывы, которые изменили историю» (2005).

Его достижения всегда будут признаны миром, но еще один интересный аспект, который удивляет – это все-таки история его выживания с неизлечимой болезнью, которая фактически уносит жизнь через 2-3 года. В случае с Стивеном Хокингом было просто поразительно видеть, как он жил так долго. Он был, конечно, исключением во всех смыслах.

«Одно из основных правил вселенной – что ничто не совершенно. Совершенства просто не существует… без несовершенства не существовало бы ни вас, ни меня.

Черные дыры, в конце концов, не совсем черные: они блестят как горячее тело, и чем они меньше, тем больше они сияют.

Мы очень-очень маленькие. Но в основе своей мы способны делать очень большие вещи.

Не должно быть границ человеческому стремлению и усилиям. Как бы ни плоха казалась жизнь. Пока есть жизнь, есть надежда.

Будьте смелыми, будьте любопытными, будьте решительными, превосходите свои неудачи. Это может быть сделано».

Таково послание Стивена Хокинга человечеству. Собственно, благодаря Google сегодня можно его услышать голосом самого ученого:

А еще удивительный ученый подметил следующий интересный и вдохновляющий факт: «Всю свою жизнь я поражался тем главным вопросам, с которыми нам приходится сталкиваться, и пытался найти для них научный ответ. Возможно, поэтому я продал больше книг про физику, чем Мадонна про секс».

__________________________
Читайте нас в телеграм
https://t.me/granitnauky

Главная теория Стивена Хокинга для астрофизиков

Поп-наука

Николай Удинцев

21 марта 2018 19:53

«Афиша Daily» попросила физика-теоретика из МФТИ рассказать о самой важной для астрофизиков теории ученого Стивена Хокинга, а также пояснить ее суть и объяснить влияние на науку.

Елена Нохрина

Заместитель заведующего лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов вселенной МФТИ

Какие теории Хокинга самые выдающиеся

Теории, которые касаются космологии и теории Большого взрыва. Это важные теории, и они положили начало большому количеству работ в этом направлении. Стивеном Хокингом было задето много философских проблем: что было до Большого взрыва, что происходит с потерей информации в черной дыре. Черная дыра — идеальный поглотитель информации, потому что в ней теряется все, даже возможность когда-нибудь эту потерянную информацию восстановить.

Какая теория Хокинга самая интересная для астрофизиков

С точки зрения астрофизики, самая главная работа — теория излучения Хокинга. Она о том, каким образом могут испаряться черные дыры. Это любопытная теория, в свое время она была взрывом и с философской точки зрения. Считается, что черная дыра никак не может терять свою массу. Площадь ее поверхности однозначно связана с энтропией, которая по Второму закону термодинамики не может убывать. Если масса убывает — поверхность сокращается, если масса увеличивается — поверхность возрастает. Термодинамика допускает, что энтропия только возрастает, а процесс Хокинга дает возможность черной дыре испаряться и таким образом уменьшать поверхность.

Подробности по теме

«Все мы втайне верили, что он будет жить вечно»: памяти Стивена Хокинга

Когда теория появилась, она вызвала обсуждения, но сейчас она является принятой. Ее объяснение связано с тем, что если вблизи горизонта черной дыры рождается электрон-позитронная пара, то одна частица может упасть в черную дыру с отрицательной энергией и, значит, вторая частица уносит положительную энергию от черной дыры. Это суть процесса излучения. С точки зрения астрофизики, людей, которые занимаются магнитосферой черных дыр, джетами, это важно, потому что есть такой процесс Блэнфорда — Знаека, который запускает джеты и позволяет им черпать энергию из энергии вращения черной дыры. И он идеологически такой же, а в него мы верим, поэтому теория имеет и реальное значение. Этот процесс связан не с тем, что одна частица падает, а другая улетает из черной дыры, а с тем, что в черную дыру падает отрицательная электромагнитная энергия и, соответственно, положительная уносит часть энергии черной дыры.

Это дает возможность рассматривать разные процессы, которые позволяют добывать энергию черной дыры. Нам нужны механизмы, чтобы отбирать энергию у черной дыры, которая, казалось бы, ничего не должна отдавать назад. Мы видим далекие квазары, у которых энергия, уносимая релятивистско-струйным выбросом, по оценкам больше, чем энергия падающего вещества. Но если это так, то это нарушение закона сохранения энергии. Объясняется это тем, что вклад в энергию дает замедление черной дыры.

Как создаются такие сложные теории

Это результат, который получен на кончике пера. Работа Стивена Хокинга связана со сложной математикой, поэтому, конечно, это результаты, которые получаются математически. Но хочется иметь какую-то интуицию, как его рассказать физически. Я думаю, это один из тех результатов, которые были получены именно так: математически решена какая-то задача — и дальше была дана интерпретация на уровне вот этой квантовой пары. То есть это фантазии, но фантазии, основанные на физической интуиции человека.

Как к теориям Хокинга относятся в научном сообществе

Осторожное отношение к теориям Хокинга есть, потому что это такие вопросы, над которыми можно размышлять. Является ли площадь поверхности черной дыры полным аналогом энтропии, которая не должна убывать? А если она убывает, то как это объяснить? Теории действительно спорные, но они толкают вперед к размышлению в этих направлениях.

Подробности по теме

Стивен Хокинг — о Галилее, Эйнштейне и Ньютоне

Дадут ли когда-нибудь Хокингу Нобелевскую премию

Нобелевскую премию посмертно не присуждают категорически. Даже если есть достижение у группы, а один человек умер, то группа теряет шанс на получение Нобелевской премии. Вообще Нобелевские премии вручают за теории, которые имеют практическое подтверждение, поэтому даже если бы вручали посмертно, то, думаю, в ближайшее время точно нет. Результат процесса Хокинга скорее гипотетический, поскольку время испарения черных дыр слишком большое и я не уверена, что это можно будет наблюдать. Я бы не стала говорить, что Хокинг — самый выдающийся ученый поколения. Его теории очень абстрактные, и часть его славы связана с популяризаторской деятельностью. Нельзя сказать, что он самый выдающийся, но в группе выдающихся.

4 странные теории Стивена Хокинга, которые оказались верными (и 6, в которых мы не уверены)

Стивен Хокинг читает лекцию в Музее науки Блумфилда в Иерусалиме в декабре 2006 года.
(Изображение предоставлено: Getty Images)

Стивен Хокинг был одним из величайших физиков-теоретиков современности. Наиболее известный своими выступлениями в популярных средствах массовой информации и своей борьбой с изнуряющими болезнями на протяжении всей жизни, его истинное влияние на потомство связано с его блестящей пятидесятилетней карьерой в науке. Начиная с докторской тезис в 1966 году, его новаторская работа продолжалась без остановок вплоть до его последней статьи в 2018 году, завершенной всего за несколько дней до его смерти в возрасте 76 лет.

Хокинг работал находился на переднем крае интеллектуальной физики, и его теории часто казались причудливо далекими в то время, когда он их формулировал. Тем не менее, они медленно принимаются в научный оборот, и все время появляются новые подтверждающие доказательства. От его умопомрачительных взглядов на черные дыры до его объяснения скромного происхождения Вселенной — вот некоторые из его теорий, которые подтвердились… а некоторые все еще находятся в воздухе.

Большой взрыв побеждает

Иллюстрация просторов Вселенной, начиная с Большого взрыва около 13,8 миллиардов лет назад. (Изображение предоставлено Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Хокинг блестяще начал свою докторскую диссертацию, написанную в критическое время, когда шли острые дебаты между двумя соперничающими космологическими теориями: Большой Взрыв и Стабильное состояние. Обе теории признают, что Вселенная расширяется, но в первой она расширяется из ультракомпактного, сверхплотного состояния в конечное время в прошлом, а вторая предполагает, что Вселенная расширялась вечно, с новыми материя постоянно создается для поддержания постоянной плотности. В своей диссертации Хокинг показал, что теория стационарного состояния математически внутренне противоречива. Вместо этого он утверждал, что Вселенная началась с бесконечно маленькой, бесконечно плотной точки, называемой сингулярностью. Сегодня описание Хокинга почти повсеместно принято среди ученых.

Черные дыры реальны

Первое изображение черной дыры, полученное телескопом Event Horizon — опубликовано Национальным научным фондом в 2019 году.. (Изображение предоставлено Getty Images)

Больше всего на свете имя Хокинга связано с черными дырами — еще одним типом сингулярности, образованной, когда звезда подвергается полному коллапсу под действием собственной гравитации . Эти математические диковинки возникли из общей теории относительности Эйнштейна , и они обсуждались десятилетиями, когда Хокинг обратил на них внимание в начале 1970-х годов.

Согласно статье в Природа , его гениальный ход состоял в том, чтобы объединить уравнения Эйнштейна с уравнениями квантовой механики , превратив то, что раньше было теоретической абстракцией, во что-то, что выглядело так, как будто оно действительно может существовать во Вселенной. Окончательное доказательство правоты Хокинга появилось в 2019 году, когда телескоп Event Horizon получил прямое изображение сверхмассивной черной дыры, скрывающейся в центре гигантской галактики Мессье 87.

Излучение Хокинга

(Изображение предоставлено Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Черные дыры получили свое название, потому что их гравитация (открывается в новой вкладке) настолько сильна, что фотоны или частицы света не должны улететь от них. Но в своей ранней работе на эту тему Хокинг утверждал, что истина более тонкая, чем эта монохромная картинка.

Применяя квантовую теорию — в частности, идею о том, что пары «виртуальных фотонов» могут спонтанно создаваться из ничего 900:04 — он понял, что некоторые из этих фотонов излучаются черной дырой. Эта теория, которая теперь называется излучением Хокинга, была недавно подтверждена в ходе лабораторного эксперимента в Технионе — Израильском технологическом институте , Израиль. Вместо настоящей черной дыры исследователи использовали акустический аналог — «звуковую черную дыру», из которой не могут выйти звуковые волны. Они обнаружили эквивалент излучения Хокинга точно в соответствии с предсказаниями физика.

Теорема площади черной дыры

Иллюстрация гравитационных волн, излучаемых двумя черными дырами, вращающимися вокруг друг друга. (Изображение предоставлено Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

В классической физике энтропия или беспорядок системы, которая может только увеличиваться со временем, никогда не уменьшается. Вместе с Джейкобом Бекенштейном Хокинг предположил, что энтропия черной дыры измеряется площадью окружающего ее горизонта событий.

Недавнее открытие гравитационных волн, излучаемых сливающимися парами черных дыр, показывает, что Хокинг снова был прав. Как Хокинг рассказал BBC после первого такого события в 2016 году: «Наблюдаемые свойства системы согласуются с предсказаниями о черных дырах, которые я сделал в 1970 году… площадь последней черной дыры больше чем сумма площадей исходных черных дыр». Более недавних наблюдений обеспечили дальнейшее подтверждение «теоремы площадей» Хокинга.

Итак, мир постепенно догоняет удивительные предсказания Стивена Хокинга. Но есть еще немало вещей, которые так или иначе еще предстоит доказать:

Иллюстрация объектов, падающих в черную дыру. (Изображение предоставлено Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Существование излучения Хокинга создает серьезную проблему для теоретиков. Кажется, это единственный процесс в физике, который удаляет информацию из Вселенной.

Основные свойства материала, из которого образовалась черная дыра, утрачены навсегда; испускаемое излучение ничего не говорит нам о них. Это так называемый информационный парадокс, который ученые пытаются решить на протяжении десятилетий. Собственный взгляд Хокинга на тайну, опубликованную в 2016 году, заключается в том, что информация на самом деле не теряется . Он хранится в облаке частиц с нулевой энергией, окружающих черную дыру, которую он назвал «мягкими волосами». Но теорема Хокинга о волосатой черной дыре — лишь одна из нескольких выдвинутых гипотез, и на сегодняшний день никто не знает истинного ответа.

Первичные черные дыры

(Изображение предоставлено Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса ранее существовавшей материи, такой как звезды. Но также возможно, что некоторые из них были созданы спонтанно в очень ранней Вселенной, вскоре после Большого взрыва.

Хокинг был первым человеком, исследовавшим теорию таких первичных черных дыр в глубине. Оказывается, они могут иметь практически любую массу, от очень легкой до очень тяжелой, хотя действительно крошечные из них к настоящему времени «испарились» в ничто из-за излучения Хокинга. Одна интригующая возможность, рассматриваемая Хокингом, заключается в том, что первичные черные дыры могут составлять таинственную темную материю , которая, по мнению астрономов, пронизывает Вселенную. Однако, как ранее сообщал LiveScience , текущие данные наблюдений показывают, что это маловероятно. В любом случае, в настоящее время у нас нет инструментов наблюдения, чтобы обнаружить первичные черные дыры или сказать, составляют ли они темную материю.

Мультивселенная

Концептуальная иллюстрация теории мультивселенной. (Изображение предоставлено Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Одной из тем, над которой Хокинг возился в конце своей жизни, была теория мультивселенной — идея о том, что наша Вселенная, начавшаяся в Большом взрыве, всего лишь одна из бесконечного числа сосуществующих пузырьковых вселенных.

Хокинг не был доволен предположением некоторых ученых о том, что любая нелепая ситуация, которую вы можете себе представить, должна происходить прямо сейчас где-то в этом бесконечном ансамбле. Итак, в своей самой последней статье в 2018 году Хокинг стремился, по его собственным словам, «попытаться укротить мультивселенную». Он предложил новую математическую структуру, которая, хотя и не отказывалась от мультивселенной полностью, делала ее конечной, а не бесконечной. Но, как и в случае любых предположений о параллельных вселенных, мы понятия не имеем, верны ли его идеи. И кажется маловероятным, что ученые смогут проверить его идею в ближайшее время.

Гипотеза о защите хронологии

(Изображение предоставлено Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Как это ни удивительно, законы физики — как мы их понимаем сегодня — не запрещают путешествия во времени . Решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна включают в себя « замкнутых времяподобных кривых », которые фактически позволят вам вернуться в собственное прошлое. Хокинга это беспокоило, потому что он чувствовал, что путешествие назад во времени вызывает логические парадоксы, которые просто не должны быть возможны.

Итак, он предположил, что какой-то неизвестный в настоящее время закон физики предотвращает возникновение замкнутых времяподобных кривых — его так называемая «гипотеза о защите хронологии». Но «гипотеза» — это просто научный термин для «догадки», и мы действительно не знаем, возможны ли путешествия во времени или нет.

Нет создателя

Это изображение является адаптированной версией работы Микеланджело над Сикстинской капеллой, написанной между 1508-1512 годами. На ней изображен Адам, касающийся пальцев Бога. (Изображение предоставлено: Getty images)

Один из вопросов, который чаще всего задают космологам: «Что было до Большого взрыва?» Собственная точка зрения Хокинга заключалась в том, что вопрос бессмысленен. Во всех смыслах само время, а также вселенная и все, что в ней, началось с Большого взрыва.

«Для меня это означает, что творец невозможен, — сказал он, и, как ранее сообщал LiveScience, — потому что у творца нет времени, в котором он мог бы существовать». С этим мнением многие не согласятся, но Хокинг неоднократно высказывал его на протяжении всей своей жизни. Она почти наверняка попадает в категорию «никогда так или иначе не будет решена».

Пророчества Судного дня

(Изображение предоставлено VICTOR HABBICK VISIONS/SCIENCE PHOTO LIBRARY через Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

могли быть или не быть полностью серьезными, BBC сообщила

Они варьируются от предположения, что неуловимый бозон Хиггса, или «частица Бога», может вызвать вакуумный пузырь , который поглотит вселенная для враждебных вторжения инопланетян и искусственный интеллект (ИИ) захвата власти. Хотя Стивен Хокинг был прав во многих вещах, нам остается только надеяться, что в этом он ошибался.

Первоначально опубликовано на Live Science.

Эндрю Мэй имеет докторскую степень. получил степень доктора астрофизики в Манчестерском университете, Великобритания. В течение 30 лет он работал в академическом, государственном и частном секторах, прежде чем стать научным писателем, где он писал для Fortean Times, How It Works, All About Space, BBC Science Focus и других. Он также написал ряд книг, в том числе «Космическое воздействие» и «Астробиология: поиск жизни в другом месте во Вселенной», изданные издательством Icon Books.

Биография Стивена Хокинга: жизнь, теории, книги и цитаты

Профессор Стивен Хокинг говорит о «Почему мы должны отправиться в космос» в серии лекций НАСА, 21 апреля 2008 г.
(Изображение предоставлено НАСА)

Стивен Хокинг считался одним из самых блестящих физиков-теоретиков в истории. Его работа о происхождении и структуре Вселенной, от Большого взрыва до черных дыр, произвела революцию в этой области, а его книги-бестселлеры понравились читателям, которые, возможно, не имеют научного образования Хокинга. Хокинг умер 14 марта 2018 года в возрасте 76 лет.0007

Многие считали Стивена Хокинга самым умным человеком в мире, хотя он никогда не раскрывал свой показатель IQ. Согласно новостному сайту The Atlantic, когда репортер New York Times спросил Хокинга, каков его IQ, он ответил: «Понятия не имею, люди, которые хвастаются своим IQ, — неудачники».

В этой краткой биографии мы рассмотрим образование и карьеру Хокинга — от его открытий до написанных им популярных книг — и болезнь, лишившую его подвижности и речи.

Связанные: 4 причудливые теории Стивена Хокинга, которые оказались верными (и 6, в которых мы не уверены)

Ранние годы жизни Стивена Хокинга

Британский космолог Стивен Уильям Хокинг родился в Англии 8 января 1942 года — 300 лет со дня смерти астронома Галилео Галилея. Он учился в Университетском колледже Оксфорда, где изучал физику, несмотря на призывы отца сосредоточиться на медицине. Хокинг отправился в Кембридж, чтобы заняться космологией, изучением Вселенной в целом.

В начале 1963 года, незадолго до своего 21-го дня рождения, Хокингу поставили диагноз болезни двигательных нейронов, более известной как болезнь Лу Герига или боковой амиотрофический склероз (БАС) . Ожидалось, что он проживет не более двух лет. Получение докторской степени казалось маловероятным, но Хокинг бросил вызов шансам. Он защитил докторскую диссертацию в 1966 году (Хокинг опубликовал свою докторскую диссертацию в Интернете в 2017 году), и в последующие десятилетия он продолжал прокладывать новые пути к пониманию Вселенной.

По мере распространения болезни Хокинг стал менее подвижным и начал пользоваться инвалидной коляской. Говорить стало сложнее, и в 1985 году экстренная трахеотомия привела к полной потере речи. Генерирующее речь устройство, созданное в Кембридже, в сочетании с компьютерной программой служило его электронным голосом, позволяя Хокингу выбирать слова, двигая мышцами щеки.

Незадолго до того, как ему поставили диагноз, Хокинг познакомился с Джейн Уайлд, и они поженились в 1965 году. До развода у пары было трое детей. Хокинг повторно женился в 19 лет.95 лет, но развелись в 2006 году.

Блестящий ум

Стивен Хокинг на фото в Принстоне, штат Нью-Джерси, в 1979 году (Изображение предоставлено: Фото Санти Висалли/Getty Images) после окончания учебы работал научным сотрудником, а затем профессиональным научным сотрудником. В 1974 году он был принят в Королевское общество, всемирное сообщество ученых. В 1979 году он был назначен Лукасовским профессором математики в Кембридже, самой известной академической кафедре в мире (вторым держателем был сэр Исаак Ньютон, также член Королевского общества).

На протяжении своей карьеры Хокинг изучал основные законы, управляющие Вселенной. Он предположил, что, поскольку у Вселенной есть начало — Большой Взрыв — у нее, вероятно, будет и конец. Работая с другим космологом Роджером Пенроузом, он продемонстрировал, что общая теория относительности Альберта Эйнштейна предполагает, что пространство и время начались при рождении Вселенной и заканчиваются внутри черных дыр, что подразумевает, что теория Эйнштейна и квантовая теория должны быть объединены.

Используя две теории вместе, Хокинг также определил, что черные дыры не полностью темные, а излучают излучение. Он предсказал, что после Большого взрыва были созданы черные дыры размером с протон, управляемые как общей теорией относительности, так и квантовой механикой.

Связанный: Черные дыры Вселенной [фотографии]

Профессор Стивен Хокинг испытывает свободу невесомости во время полета в невесомости. (Изображение предоставлено НАСА/Дж. Кэмпбелл, Aero-News Network)

В 2014 году Хокинг пересмотрел свою теорию, даже написав, что «черных дыр не существует» — по крайней мере, в том смысле, в каком космологи традиционно понимают их. Его теория устранила существование «горизонта событий», точки, из которой ничто не может ускользнуть. Вместо этого он предположил, что будет «видимый горизонт», который будет изменяться в соответствии с квантовыми изменениями внутри черной дыры. Но теория оказалась спорной.

Связанный: Портрет гения: Стивен Хокинг Выставочные фотографии

Хокинг также предположил, что сама вселенная не имеет границ, как и Земля. Хотя планета конечна, можно путешествовать по ней (и по Вселенной) бесконечно, никогда не сталкиваясь со стеной, которую можно было бы описать как «конец».

Книги Хокинга

Хокинг был популярным писателем. Его первая книга «Краткая история времени (открывается в новой вкладке)» (издание, посвященное 10-летию: Bantam, 19 г.).98) был впервые опубликован в 1988 году и стал международным бестселлером. В нем Хокинг стремился донести вопросы о рождении и смерти Вселенной до непрофессионала.

Хокинг продолжал писать другие научно-популярные книги, предназначенные для неученых. К ним относятся «Краткая история времени» (откроется в новой вкладке), «Вселенная в двух словах (откроется в новой вкладке)», «Великий замысел (откроется в новой вкладке)» и «На плечах гигантов (откроется в новой вкладке)».

Он и его дочь Люси Хокинг также создали вымышленную серию книг для детей среднего школьного возраста о сотворении Вселенной, в том числе «Джордж и Большой взрыв » (Simon & Schuster, 2012).

Хокинг несколько раз появлялся на телевидении, в том числе играл голограмму самого себя в «Звездном пути: Следующее поколение» и эпизодическую роль в телешоу «Теория большого взрыва» . PBS представила образовательный мини-сериал под названием «Вселенная Стивена Хокинга », в котором исследуются теории космолога.

В 2014 году вышел фильм, основанный на жизни Хокинга. Фильм под названием «Теория всего» получил похвалу от Хокинга, который сказал, что он заставил его задуматься о собственной жизни. «Хотя я серьезно инвалид, я добился успеха в своей научной работе, — написал Хокинг в Facebook в ноябре 2014 года. полет. Однажды я надеюсь отправиться в космос».

Связанный: 8 Шокирующие вещи, которые мы узнали из книги Стивена Хокинга «Великий замысел»

Цитаты Стивена Хокинга

Цитаты Хокинга варьируются от заметных до поэтических и противоречивых. Среди них:

«Даже если существует только одна возможная единая теория, это всего лишь набор правил и уравнений. Что вдыхает огонь в уравнения и создает вселенную для их описания? Обычный подход науки построения математической модели не может ответить на вопрос, почему для описания модели должна существовать вселенная. Почему вселенная утруждает себя существованием?»
«Всю свою жизнь я был очарован большими вопросами, которые стоят перед нами, и пытался найти на них научные ответы. Если вы, как и я, смотрели на звезды и пытались понять, что вы видите, вы тоже начали задаваться вопросом, что делает вселенную существует «.
«Наука предсказывает, что из ничего спонтанно возникнет много разных вселенных. Это дело случая, в котором мы находимся.»
«Вся история науки была постепенным осознанием того, что события не происходят произвольным образом, а отражают определенный лежащий в основе порядок, который может быть вдохновлен или не вдохновлен Богом». 0236
«Мы должны искать наибольшую ценность наших действий.»
«Величайший враг знания не невежество, это иллюзия знания.»
«Неясно, имеет ли интеллект какое-либо долгосрочное значение для выживания.»
«Нельзя спорить с математической теоремой.»
«Злиться из-за моей инвалидности — пустая трата времени. Нужно жить дальше, и я не сделал ничего плохого. У людей не будет на тебя времени, если ты всегда злишься или жалуешься.»
«Я наслаждаюсь редкой возможностью жить жизнью разума. Но я знаю, что мне нужно мое тело и что оно не будет длиться вечно.»

Список цитат Хокинга был бы неполным без упоминания некоторых из его наиболее противоречивых заявлений.

Он часто говорил, что люди должны покинуть Землю, если мы хотим выжить.

«Будет достаточно трудно избежать катастрофы в следующие сто лет, не говоря уже о следующей тысяче или миллионе… Наш единственный шанс на долгосрочное выживание — не оставаться замкнутыми на планете Земля, а рассредоточиться в космос. » — август 2010 г.

«[Мы] должны… продолжать полеты в космос ради будущего человечества… Я не думаю, что мы переживем еще 1000 лет, не улетев за пределы нашей хрупкой планеты». — ноябрь 2016

«У нас заканчивается космос, и нам остается только отправиться в другие миры. Пришло время исследовать другие солнечные системы. Возможно, рассредоточение — единственное, что спасает нас от самих себя. Я убежден, что люди нужно покинуть Землю». — Июнь 2017

Он также сказал, что путешествия во времени должны быть возможны, и что мы должны исследовать космос ради романтики.

«Раньше путешествия во времени считались просто научной фантастикой, но общая теория относительности Эйнштейна допускает возможность того, что мы можем искривлять пространство-время настолько сильно, что вы можете взлететь на ракете и вернуться до того, как отправитесь в путь. I был одним из первых, кто написал об условиях, при которых это было бы возможно. Я показал, что для этого потребуется вещество с отрицательной плотностью энергии, которое может быть недоступно. Другие ученые набрались смелости на мою статью и написали дополнительные статьи по этому вопросу », — сказал он Parade в 2010 году.

«Наука — это не только ученик разума, но также и романтика и страсть.»

Физик-теоретик также был обеспокоен тем, что роботы могут не только повлиять на экономику, но и означать гибель человечества.

«Автоматизация фабрик уже уничтожила рабочие места в традиционном производстве, и развитие искусственного интеллекта, вероятно, распространит это уничтожение рабочих мест на средний класс, оставив только самые заботливые, творческие или контролирующие роли», — написал он в колонка 2016 года в The Guardian (открывается в новой вкладке).

«Развитие полноценного искусственного интеллекта может означать конец человеческой расы», — сказал он Би-би-си в 2014 году. Однако Хокинг добавил, что ИИ, разработанный на сегодняшний день, оказался полезным. Его больше беспокоит потенциал самовоспроизведения. «Он взлетит сам по себе и будет переделывать себя со все возрастающей скоростью. Люди, которые ограничены медленной биологической эволюцией, не могут конкурировать и будут вытеснены».

«Джин выпущен из бутылки. Я боюсь, что ИИ может полностью заменить людей», — сказал Хокинг WIRED в ноябре 2017 года.

Признанный атеист, Хокинг также время от времени затрагивал тему религии .

«Поскольку существует такой закон, как гравитация, вселенная может и будет создавать себя из ничего. Самопроизвольное творение является причиной существования чего-то, а не ничего, почему существует вселенная, почему мы существуем. Нет необходимости взывать к Богу зажечь голубую сенсорную бумагу и запустить вселенную». — Великий замысел Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова

«Я рассматриваю мозг как компьютер, который перестанет работать, когда его компоненты выйдут из строя… Для сломанных компьютеров нет ни рая, ни загробной жизни; это сказка для людей, боящихся темнота». — Интервью The Guardian 2011 г. (открывается в новой вкладке)

«Прежде чем мы поймем науку, естественно верить, что Бог создал вселенную. Но теперь наука предлагает более убедительное объяснение. Я имел в виду, что «мы познали бы разум Бога», мы бы знали все, что Бог знаете, если бы был Бог, которого нет. Я атеист. — Интервью 2014 года в El Mundo (открывается в новой вкладке)

Дополнительные ресурсы

Узнайте больше о Стивене Хокинге на его официальном веб-сайте (открывается в новой вкладке)
Посмотрите, как Стивен Хокинг задает вопросы Вселенной в этом впечатляющем выступлении на TED (открывается в новая вкладка)
Прочитайте о том, как понятие «горизонт событий» несовместимо с квантовой теорией, в этой статье, опубликованной в журнале Nature: Стивен Хокинг: «Черных дыр не существует» (откроется в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Нола Тейлор Тиллман — автор статей для Space. com. Она любит все, что связано с космосом и астрономией, и наслаждается возможностью узнать больше. Она имеет степень бакалавра английского языка и астрофизики в колледже Агнес Скотт и проходила стажировку в журнале Sky & Telescope. В свободное время она обучает своих четверых детей дома. Подпишитесь на нее в Твиттере @NolaTRedd

Биография Стивена Хокинга: жизнь, теории, книги и цитаты

Связанные: 4 причудливые теории Стивена Хокинга, которые оказались верными (и 6, в которых мы не уверены)

Ранние годы жизни Стивена Хокинга

Блестящий ум

Связанный: Черные дыры Вселенной [фотографии]

Связанный: Портрет гения: Стивен Хокинг Выставочные фотографии

Книги Хокинга

Связанный: 8 Шокирующие вещи, которые мы узнали из книги Стивена Хокинга «Великий замысел»

Цитаты Стивена Хокинга

Цитаты Хокинга варьируются от заметных до поэтических и противоречивых. Среди них:

«Даже если существует только одна возможная единая теория, это всего лишь набор правил и уравнений. Что вдыхает огонь в уравнения и создает вселенную для их описания? Обычный подход науки построения математической модели не может ответить на вопрос, почему для описания модели должна существовать вселенная. Почему вселенная утруждает себя существованием?»
«Всю свою жизнь я был очарован большими вопросами, которые стоят перед нами, и пытался найти на них научные ответы. Если вы, как и я, смотрели на звезды и пытались понять, что вы видите, вы тоже начали задаваться вопросом, что делает вселенную существует «.
«Наука предсказывает, что из ничего спонтанно возникнет много разных вселенных. Это дело случая, в котором мы находимся.»
«Вся история науки была постепенным осознанием того, что события не происходят произвольным образом, а отражают определенный лежащий в основе порядок, который может быть вдохновлен или не вдохновлен Богом».0236
«Мы должны искать наибольшую ценность наших действий.»
«Величайший враг знания не невежество, это иллюзия знания.»
«Неясно, имеет ли интеллект какое-либо долгосрочное значение для выживания.»
«Нельзя спорить с математической теоремой.»
«Злиться из-за моей инвалидности — пустая трата времени. Нужно жить дальше, и я не сделал ничего плохого. У людей не будет на тебя времени, если ты всегда злишься или жалуешься.»
«Я наслаждаюсь редкой возможностью жить жизнью разума. Но я знаю, что мне нужно мое тело и что оно не будет длиться вечно.»

Список цитат Хокинга был бы неполным без упоминания некоторых из его наиболее противоречивых заявлений.

Он часто говорил, что люди должны покинуть Землю, если мы хотим выжить.

«Наука — это не только ученик разума, но также и романтика и страсть.»

Признанный атеист, Хокинг также время от времени затрагивал тему религии .

Дополнительные ресурсы

Узнайте больше о Стивене Хокинге на его официальном веб-сайте (открывается в новой вкладке)
Посмотрите, как Стивен Хокинг задает вопросы Вселенной в этом впечатляющем выступлении на TED (открывается в новая вкладка)
Прочитайте о том, как понятие «горизонт событий» несовместимо с квантовой теорией, в этой статье, опубликованной в журнале Nature: Стивен Хокинг: «Черных дыр не существует» (откроется в новой вкладке)