Теория стивена хокинга: 4 теории Стивена Хокинга, которые пока что не подтвердились |

Содержание

Эксперимент, делающий атомы невидимыми, проверит самую известную теорию Хокинга

30.05.2022 | 17:10

Shutterstock

Правда ли, что знаменитое излучение Хокинга спонтанно появляется на краях черных дыр?

Новый эксперимент может, наконец, предложить косвенную проверку самого известного предсказания физика Стивена Хокинга о черных дырах. Новое открытие предполагает, что, сделав атом невидимым, ученые смогут мельком увидеть квантовое свечение, окутывающее объекты, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света. Научная статья вышла в Physical Review Letters, об исследовании сообщает Live Science.

Физики предлагают использовать эффект Унру. Он приводит к тому, что пространство вокруг быстро ускоряющихся объектов кажется заполненным роем призрачных частиц, окутывающих эти объекты теплым сиянием. Поскольку он тесно связан с эффектом Хокинга, при котором частицы должны спонтанно появляться на краях черных дыр, ученые давно стремятся обнаружить один из них, чтобы получить намек на существование другого.

Но заметить любой из этих эффектов невероятно сложно. Излучение Хокинга возникает только вокруг ужасающей пропасти черной дыры, а для достижения ускорения, необходимого для эффекта Унру потребуется нереальный пока двигатель.

Новая революционная идея может все изменить. Ее авторы говорят, что они обнаружили механизм, позволяющий резко увеличить силу эффекта Унру с помощью превращения материи в невидимую.

«Теперь, по крайней мере, мы знаем, что при нашей жизни есть шанс наблюдать этот эффект», — сказал Вивишек Судхир, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института (США), один из авторов исследования.

Стивен Хокинг предсказал, что экстремальная гравитация, ощущаемая на краях черных дыр — то есть у горизонта событий — будет создавать частицы. Гравитация, согласно общей теории относительности Эйнштейна, искажает пространство-время. Из-за странностей квантовой механики колоссальная сила черной дыры создает неравномерные полосы по-разному движущегося времени и всплески энергии. Именно это должно заставлять виртуальные частицы появляться казалось бы из ничего на краях черных дыр.

«Считается, что черные дыры не совсем черные. Как обнаружил Стивен Хокинг, черные дыры должны испускать излучение», — говорит ведущий автор статьи Барбара Шода из Университета Ватерлоо (Канада).

Подобно эффекту Хокинга, эффект Унру также должен создавать частицы. Но в данном случае они происходят от околосветовых скоростей. Но скорости, необходимые для получения этого эффекта, намного превышают возможности любого существующего ускорителя частиц. Чтобы произвести свечение, достаточно горячее, чтобы его могли обнаружить современные детекторы, атом должен был бы разогнаться до скорости света менее чем за миллионную долю секунды.

«С помощью обычного для нас ускорения пришлось бы ждать огромное количество времени — больше, чем возраст Вселенной», — сказал Судхир.

Исследователи предложили альтернативу. Атом, вынужденный двигаться в вакууме под воздействием света высокоинтенсивного лазера, теоретически может вызвать эффект Унру даже при довольно малых ускорениях. Проблема, однако, заключается в том, что атом может взаимодействовать со светом самого лазера, поглощая его, повышая уровень энергии, и, как следствие — выделяя тепло, которое заглушит тепло от эффекта Унру.

Но ученые нашли еще один обходной путь. Они назвали новый метод «прозрачностью, вызванной ускорением». Если атом будет вынужден следовать очень специфическим путем через поле фотонов, он не сможет «видеть» фотоны определенной частоты, что делает их прозрачными, невидимыми для него.

Воплотить этот план в жизнь будет непростой задачей. Ученые планируют построить лабораторный ускоритель частиц, который будет разгонять электрон до скорости света, облучая его микроволновым лазером. Если удастся обнаружить эффект, они планируют провести с ним эксперименты. Особенно важны те, что позволят исследовать связи между теорией относительности Эйнштейна и квантовой механикой.

«Общая теория относительности и теория квантовой механики в настоящее время все еще несколько расходятся, но должна быть объединяющая теория, описывающая, как все работает во Вселенной», — соавтор Ахим Кемпф, профессор прикладной математики в Университете Ватерлоо.

Прическа для черных дыр: физики разгадали знаменитый парадокс черных дыр Стивена Хокинга

Новая теория предлагает необычный взгляд на рождение и смерть черных дыр

Физика всего
Остальные теги

Расскажите друзьям

Нобелевский комитет
Объявлены обладатели Нобелевской премии этого года по физике
Сергей Корсаков / @serg_korsakov / Роскосмос
Российский космонавт поделился фантастическими фотографиями с орбиты
Shutterstock
Растения нарушают известные правила биохимии, «принимая решения» о выбросе СО2
Вранье: как его распознать — и надо ли?
Нобелевский комитет
Названы обладатели Нобелевской премии по химии 2022 года

Хотите быть в курсе последних событий в науке?

Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку

Ваш e-mail

Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных

4 теории Стивена Хокинга, которые оказались верными и 6, в которых мы пока не уверены

Стивен Хокинг читает лекцию в музее науки Блумфилда в Иерусалиме. Декабрь 2006 года.

ФОТО: Getty Images

Стивен Хокинг был одним из величайших физиков-теоретиков современности. Наиболее известный своими выступлениями в популярных средствах массовой информации и своей пожизненной борьбой с изнурительными болезнями, он сделал огромный вклад в развитие астрономии своей блестящей пятидесятилетней научной карьерой. Начиная с докторской диссертации в 1966 году, его новаторская работа продолжалась безостановочно вплоть до последней работы в 2018 году, завершенной всего за несколько дней до его смерти в возрасте 76 лет.

Хокинг работал на ведущем интеллектуальном рубеже физики, и его теории часто казались причудливо далекими. Тем не менее, они постепенно принимаются научным сообществом находя подтверждающие факты. Умопомрачительные взгляды на черные дыры и объяснение происхождения Вселенной — вот некоторые из его теорий, которые были подтверждены … некоторые же из них все еще рождают только вопросы.

Большой взрыв

Иллюстрация обширности Вселенной — начиная с Большого взрыва около 13,8 миллиардов лет назад.

Изображение: Getty Images

Докторская диссертация Хокинга была написана в критический момент, когда между двумя конкурирующими космологическими теориями — теорией «Большого взрыва» и теорией «Стационарного состояния» разгорелись жаркие споры. Обе теории допускали, что Вселенная расширяется, но в первой теории она расширяется из ультракомпактного, сверхплотного состояния в конечное время в прошлом, в то время как вторая предполагает, что Вселенная расширялась вечно, и для поддержания постоянной плотности постоянно создавалась новая материя.

В своей диссертации Хокинг показал, что теория «Стационарного состояния» математически самопротиворечива. Он утверждал, что Вселенная возникла из бесконечно малой, бесконечно плотной точки, называемой сингулярностью. На данный момент теория Хокинга почти повсеместно принята среди ученых.

Черные дыры существуют!

Первое изображение черной дыры в центре галактики Мессье 87, сделанное телескопом Event Horizon Telescope — опубликовано Национальным научным фондом в 2019 году.

Фото: Getty Images

Больше всего имя Хокинга ассоциируется с черными дырами — еще одним видом сингулярности, образующейся, когда звезда подвергается полному коллапсу под действием собственной гравитации. Эти математические курьезы возникли из общей теории относительности Эйнштейна, и они обсуждались в течение десятилетий, когда Хокинг обратил на них свое внимание в начале 1970-х годов.

Согласно статье в журнале Nature, 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 могло существовать во Вселенной. Окончательное доказательство правоты Хокинга пришло в 2019 году, когда телескоп Event Horizon получил прямое изображение сверхмассивной черной дыры, скрывающейся в центре гигантской галактики Мессье 87.

Излучение Хокинга

Излучение Хокинга в представлении художника.

Изображение: Getty Images

Черная дыра получила свое название из-за того, что ее гравитационное притяжение настолько сильно, что фотоны или частицы света не могут покинуть ее. Граница этой области называется горизонтом событий. Но в своих ранних работах по этой теме Хокинг утверждал, что правда более тонкая.

Применяя квантовую теорию, а именно идею о том, что пары «абстрактных фотонов» могут спонтанно создаваться из ничего, он понял, что некоторые из этих фотонов, по-видимому, излучаются черной дырой. Эта теория, которую теперь называют излучением Хокинга, была подтверждена в лабораторном эксперименте в Израильском технологическом. Вместо реальной черной дыры исследователи использовали акустический аналог — «звуковую черную дыру», из которой звуковые волны не могут выйти. Они обнаружили эквивалент излучения Хокинга в точном соответствии с предсказанием физика.

Теорема о площадях черных дыр

Иллюстрация гравитационных волн, испускаемых двумя черными дырами, вращающимися друг вокруг друга.

Изображение: Getty Images

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

Недавнее открытие гравитационных волн, излучаемых сливающимися парами черных дыр, показывает, что Хокинг снова был прав. Как Хокинг сказал BBC после первого такого события в 2016 году, «наблюдаемые свойства системы согласуются с предсказаниями о черных дырах, которые я сделал в 1970 году… площадь образовавшейся черной дыры стала больше, чем сумма площадей первоначальных черных дыр до слияния». Более поздние наблюдения предоставили дальнейшее подтверждение теоремы о площадях черных дыр Хокинга.

Итак, мир постепенно постигает удивительные предсказания Стивена Хокинга. Но есть еще немало теорий, которые только предстоит доказать:

Информационный парадокс

Иллюстрация объектов, попадающих в черную дыру.

Изображение: Getty Images

Существование излучения Хокинга создает серьезную проблему для теоретиков. Видимо, это единственный физический процесс, который удаляет информацию из Вселенной.

Основные свойства материала, из которого образовалась черная дыра, кажутся утерянными навсегда, а выходящее излучение ничего не говорит нам о них. Это так называемый информационный парадокс, который ученые пытались решить десятилетиями. Собственный взгляд Хокинга на загадку, опубликованный в 2016 году, заключается в том, что информация на самом деле не потеряна. Он хранится в облаке частиц с нулевой энергией, окружающем 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

Цифровая иллюстрация черной дыры.

Изображение: Getty Images

Черные дыры создаются в результате гравитационного коллапса уже существующей 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, кто глубоко исследовал теорию, лежащую в основе таких первичных черных дыр. Он предположил, что они могут иметь практически любую массу, от очень легкой до очень тяжелой. Однако, согласно его теории излучения, самые крошечные из них к настоящему времени бы «испарились».

Одна интригующая возможность, рассмотренная Хокингом, заключается в том, что первичные черные дыры могут составлять загадочную темную материю, которая, по мнению астрономов, пронизывает Вселенную. Однако, текущие данные наблюдений указывают на то, что это маловероятно. В любом случае, в настоящее время у нас нет инструментов наблюдения, чтобы обнаружить первичные черные дыры.

Мультивселенная

Концептуальная иллюстрация теории мультивселенной.

Изображение: Getty Images

Одной из тем, над которой Хокинг работал к концу своей жизни, была теория мультивселенной — идея о том, что наша Вселенная, возникшая в результате Большого взрыва, является лишь одной из бесконечного числа сосуществующих пузырьковых вселенных.

В своей последней статье 2018 года Хокинг, по его собственным словам, «попытаться приручить мультивселенную». Он предложил новую математическую основу, которая, не отказываясь от мультивселенной в целом, сделала ее конечной, а не бесконечной. Но, как и в случае с любыми спекуляциями о параллельных вселенных, мы не знаем, верны ли его идеи. И вряд ли в ближайшее время ученые смогут проверить его идею.

Гипотеза о защите хронологии

Кадр из фильма «Назад в будущее»

Как ни удивительно это звучит, законы физики — в том смысле, в каком мы их понимаем сегодня — не запрещают путешествия во времени. Решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна включают «замкнутые временные кривые», которые позволят вам вернуться в свое прошлое. Хокинга это беспокоило, потому что он чувствовал, что путешествие во времени назад порождает логические парадоксы, которые просто невозможны.

Поэтому он предположил, что некий неизвестный в настоящее время закон физики предотвращает возникновение замкнутых временных кривых — его так называемая «гипотеза защиты хронологии». Но «догадка» — это просто «догадка» на научном языке, и мы действительно не знаем, возможно ли путешествие во времени или нет.

Создатель

Адам, касающийся пальцев Бога. Изображение представляет собой адаптированную версию работы Микеланджело над Сикстинской капеллой, написанной между 1508-1512 годами.

Изображение: Getty Images

Один из вопросов, который чаще всего задают космологам, — «что было до Большого взрыва?» По мнению Хокинга, вопрос бессмысленен. Фактически само время, а также Вселенная и все, что в ней, началось с Большого взрыва. Вселенная появилась из ничего, и Большой взрыв был вызван… ничем!

Впрочем, уже в следующую секунду после этого события произошло нечто удивительное: началось время. Именно поэтому вернуться назад во времени до Большого взрыва невозможно – его просто не существовало. А значит, не было и причины появления Вселенной, ведь для наличия причинно-следственной связи тоже требуется время. У Бога просто не было времени создать причину появления Вселенной. Для самого Стивена Хокинга все это означает невозможность создания и самого создателя, потому что для этого тоже не было времени.

«Пока мы полагали, что Вселенная имеет начало, роль создателя казалась ясной, – пишет Хокинг в книге «Кратчайшая история времени». – Но если Вселенная действительно полностью автономна, не имеет ни границ, ни краев, ни начала, ни конца, то ответ на вопрос о роли создателя перестает быть очевидным».

У Бога просто не было времени создать причину появления Вселенной. Для самого Стивена Хокинга все это означает невозможность создания и самого создателя, потому что для этого тоже не было времени.

Многие люди не согласятся с этим мнением, но Хокинг выражал его неоднократно на протяжении всей своей жизни. Ответ на его теорию мы, скорее всего, так никогда и не узнаем.

Пророчества Судного Дня

Кадр из фильма «Терминатор 2: Судный день».

В последние годы своей жизни Хокинг сделал серию мрачных пророчеств относительно будущего человечества, к которым он, возможно, относился серьезно.

Они варьируются от предположения о том, что неуловимый бозон Хиггса, или «частица Бога», может вызвать вакуумный пузырь, который поглотит Вселенную, до враждебных инопланетных вторжений и захвата человечества искусственным интеллектом. Хотя Стивен Хокинг был прав во многих вещах, нам остается только надеяться, что он ошибался в этом.

Стивен Хокинг — книги, цитаты и фото

Стивен Хокинг — человек-легенда, астрофизик и космолог, известный своими работами в области черных дыр и книгами-бестселлерами вроде «Краткой истории времени». Также печально известен его боковой амиотрофический склероз, который был диагностирован еще в молодости Хокинга. Вследствие своего недуга Хокинг оказался прикован к инвалидному креслу, которое, вопреки всему, не сломило, а только воодушевило и снабдило концентрацией физика-космолога. Сегодня Хокинг продолжает читать лекции, писать книги, общаться с поклонниками и делать важные предупреждения наивному человечеству: о встрече с инопланетянами, об искусственном интеллекте, о переселении цивилизаций на другую планету и прочее.

Самое обсуждаемое по теме Стивен Хокинг

Миром правят идеи. Яблоко, упавшее на голову Исаака Ньютона, навело его на мысль о создании теории гравитации. Коперник, взглянув в телескоп, пришел к выводу, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Его открытия и идеи послужили началом научной революции. Столетия спустя Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности, в Стивен Хокинг всю свою жизнь посвятил изучению черных дыр. Труд каждого из них по отдельности, а также идеи и предположения великих ученых о Вселенной, позволили нам с вами наслаждаться фотографиями других «Солнечных систем» и разглядывать горы на Марсе, не выходя из дома. Между тем, Стивен Хокинг размышлял об удивительной физике черных дыр не имея на руках никаких данных, подтверждающих существование этих объектов (как и Эйнштейн). Его идеи, в конечном итоге, нашли научное подтверждение. Так, знаменитый парадокс черных дыр гласит, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая. Но если это так, то что в таком случае происходит с информацией? Недавно физики-теоретики пришли к выводу, что информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает их черной дыры. Но куда и что происходи с ней потом?

Несмотря на загадочную природу, считается, что черные дыры следуют определенным простым правилам. Недавно один из самых известных законов черных дыр, предсказанный физиком Стивеном Хокингом, удалось подтвердить с помощью гравитационных волн. Согласно теореме о площади черных дыр, разработанной Хокингом в начале 1970-х годов, площадь поверхности черных дыр со временем не может уменьшаться. Это правило интересует физиков, так как тесно связано с другим правилом, которое, по-видимому, определяет течение времени в определенном направлении: вторым законом термодинамики, который гласит, что энтропия, или беспорядок, замкнутой системы всегда должна увеличиваться. Поскольку энтропия черной дыры пропорциональна площади ее поверхности, и то, и другое всегда должно увеличиваться. Результаты нового исследования являются намеком на то, что области черных дыр являются чем-то фундаментальным и важным. Прямо как и считал знаменитый британский ученый.

Историю человечества можно представить себе как сериал-антологию, в каждой серии которого научные открытия становятся все более изощренными. Это что-то наподобие настоящего «Черного зеркала», повествующего о том, куда может завести нашу цивилизацию прогресс и собственный разум. Но несмотря на стремительное развитие технологий, отправку на другие планеты роботов и печать органов на 3D-принтере, мы по-прежнему не понимаем как работает мозг. Во всяком случае, не в полной мере – недавно все мировые СМИ рассказали историю четырехлетней девочки по имени Дайал Каур, интеллект которой (согласно оценкам организации MENSA) сопоставим с интеллектом Альберта Эйнштейна или Стивена Хокинга – буквально умнейших людей, что когда-либо жили на нашей планете. Считается, что и Стивен Хокинг и Альберт Эйнштейн имели показатель IQ равный 160. Теперь же их догоняет 4-летняя девочка индийского происхождения, показатель IQ которой исследователи оценивают в 145 баллов. Означает ли это, что юная Дайал в свои четыре всерьез размышляет об устройстве Вселенной, а в 6 совершит свое первое научное открытие? Давайте разбираться.

Самый известный ученый XX века Стивен Хокинг в 1974 году сделал одно из своих самых необычных предсказаний: черные дыры способны полностью испаряться. На протяжении почти 50 лет теория ученого оставалась всего лишь неподтвержденной гипотезой. Однако последние исследования говорят о том, что версия знаменитого исследователя могла быть верной, а самые таинственные объекты во Вселенной действительно могут испаряться.

Представьте, что параллельные вселенные существуют. Как думаете, сколько их? И сильно ли они отличаются от Вселенной, в которой мы живем? На эти и другие не менее провокационные вопросы искал ответы выдающийся британский ученый Стивен Хокинг. Помните сериал «Путешествие в параллельные миры»? В нем студент-физик проводил эксперименты по исследованию гравитации, но вместо гравитационной машины случайно изобрел портал в параллельные вселенные. Вместе со своими друзьями и нечаянно попавшим в портал во время перемещения музыкантом, студент начал свое путешествие по бесчисленному множеству параллельных миров.

Вклад Стивена Хокинга в науку сложно недооценить, как и его рвение к жизни. Как известно, знаменитый ученый страдал от плохо поддающегося терапии заболевания под названием «боковой амиотрофический склероз», который в конечном итоге и стал причиной гибели Стивена. При этом болезнь ежегодно уносит множество жизней и, вполне возможно, группа исследователей из Института Вейцмана (Израиль) обнаружила, как можно вылечить тяжелый недуг. По крайне мере, предварительные данные говорят именно об этом.

Черные дыры до сих остаются одними из самых загадочных объектов во вселенной. Когда-то в их существование мало кто верил. И то, что они имеются в реальности, описывалось лишь в различных физических моделях. Вопрос заключается в том, как изучить то, что находится на расстоянии миллионов световых лет от нашей планеты? Возможно, ответ на него сможет дать «звуковая черная дыра», которая также поможет решить и один из парадоксов, возникших еще при исследованиях Стивена Хокинга. Но что такое «звуковая черная дыра»? Давайте разбираться.

Созданный в лаборатории аналог черной дыры предоставил новое косвенное доказательство того, что эти таинственные космические объекты действительно излучают газовые потоки заряженных частиц, сообщает портал Science Alert, ссылающийся на новое научное исследование, опубликованное в журнале Nature. Физики утверждают, что созданный ими аналог черной дыры обладает температурой, которая является необходимой предпосылкой для одноименного излучения, предсказанного Стивеном Хокингом.

Одна из самых известных теорий Стивена Хокинга о темной материи сильно пошатнулась после публикации результатов японской команды астрофизиков под руководством Масахиро Такада из Физико-математического института Вселенной в Кавли, сообщает Live Science. Покинувший этот мир в прошлом году известный физик считал, что эта таинственная и невидимая субстанция состоит из первичных черных дыр, появившихся сразу после Большого взрыва. Японские ученые с помощью телескопа Subaru провели эксперимент, результаты которого хоть и не опровергают полностью теорию Хокинга, но допускают, что эти черные дыры должны быть действительно крошечными, чтобы объяснить природу темной материи.

Еще в 2016 году физик Стивен Хокинг и миллиардер Юрий Мильнер раскрыли план путешествия к звездам. Так называемый проект Breakthrough Starshot представляет собой программу стоимостью 100 миллионов долларов по разработке и демонстрации технологий, необходимых для посещения ближайшей звездной системы. Потенциальные цели включают Проксиму Центавра, систему, расположенную на расстоянии порядка четырех световых лет, с несколькими экзопланетами, одна из которых похожа на Землю.

Окончательная теория Стивена Хокинга о Большом взрыве

Окончательная теория профессора Стивена Хокинга о происхождении Вселенной, над которой он работал в сотрудничестве с профессором Томасом Хертогом из KU Leuven, была опубликована в 2018 году в Journal of High Energy Физика .

Теория, представленная для публикации перед смертью Хокинга ранее в 2018 году, основана на теории струн и предсказывает, что Вселенная конечна и намного проще, чем говорят многие современные теории о Большом взрыве.

Профессор Хертог, чья работа была поддержана Европейским исследовательским советом, впервые объявил о новой теории на конференции в Кембриджском университете в июле 2017 года, организованной по случаю 75-летия профессора Хокинга.

Современные теории Большого взрыва предсказывают, что наша локальная Вселенная возникла в результате короткого взрыва инфляции — другими словами, через крошечную долю секунды после самого Большого взрыва Вселенная расширилась с экспоненциальной скоростью. Однако широко распространено мнение, что, как только инфляция начинается, есть регионы, где она никогда не останавливается. Считается, что квантовые эффекты могут вечно поддерживать инфляцию в некоторых регионах Вселенной, так что в глобальном масштабе инфляция вечна. Тогда наблюдаемая часть нашей Вселенной была бы просто гостеприимной карманной вселенной, областью, в которой закончилась инфляция и сформировались звезды и галактики.

«Обычная теория вечной инфляции предсказывает, что в глобальном масштабе наша Вселенная подобна бесконечному фракталу с мозаикой различных карманных вселенных, разделенных раздувающимся океаном, — сказал Хокинг в интервью в 2017 году. — Локальные законы физики и химия может отличаться от одной карманной вселенной к другой, которые вместе образуют мультивселенную. Но я никогда не был поклонником мультивселенной. Если масштаб различных вселенных в мультивселенной велик или бесконечен, теорию невозможно проверить.

В своей статье Хокинг и Хертог заявляют, что представление о вечной инфляции как теории Большого взрыва неверно. «Проблема с обычным объяснением вечной инфляции заключается в том, что оно предполагает существующую фоновую Вселенную, которая развивается в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, и рассматривает квантовые эффекты как небольшие флуктуации вокруг этого», — сказал Хертог. «Однако динамика вечной инфляции стирает разделение между классической и квантовой физикой. Как следствие, теория Эйнштейна терпит крах в вечной инфляции».

«Мы предсказываем, что наша Вселенная в самом большом масштабе достаточно гладкая и глобально конечная. Так что это не фрактальная структура», — сказал Хокинг.

Теория вечной инфляции, выдвинутая Хокингом и Хертогом, основана на теории струн: разделе теоретической физики, который пытается примирить гравитацию и общую теорию относительности с квантовой физикой, отчасти описывая фундаментальные составляющие Вселенной как крошечные вибрирующие струны. . Их подход использует концепцию голографии из теории струн, которая постулирует, что вселенная представляет собой большую и сложную голограмму: физическая реальность в определенных трехмерных пространствах может быть математически сведена к двумерным проекциям на поверхность.

Хокинг и Хертог разработали вариант этой концепции голографии, чтобы проецировать временное измерение в вечное расширение. Это позволило им описать вечную инфляцию, не полагаясь на теорию Эйнштейна. В новой теории вечная инфляция сводится к вневременному состоянию, определенному на пространственной поверхности в начале времени.

«Когда мы прослеживаем эволюцию нашей вселенной в обратном направлении во времени, в какой-то момент мы достигаем порога вечной инфляции, когда наше привычное понятие времени перестает иметь какое-либо значение», — сказал Хертог.

Предыдущая «теория отсутствия границ» Хокинга предсказывала, что если вернуться во времени к началу Вселенной, Вселенная сожмется и закроется, как сфера, но эта новая теория представляет собой шаг в сторону от более ранней работы. «Теперь мы говорим, что в нашем прошлом есть граница», — сказал Хертог.

Хертог и Хокинг использовали свою новую теорию, чтобы получить более надежные предсказания о глобальной структуре Вселенной. Они предсказывали, что Вселенная, возникающая из вечной инфляции на границе прошлого, конечна и намного проще, чем бесконечная фрактальная структура, предсказанная старой теорией вечной инфляции.

Их результаты, если их подтвердят дальнейшие исследования, будут иметь далеко идущие последствия для парадигмы мультивселенной. «Мы не ограничиваемся единственной уникальной вселенной, но наши результаты подразумевают значительное сокращение мультивселенной до гораздо меньшего диапазона возможных вселенных», — сказал Хокинг.

Это делает теорию более прогнозируемой и проверяемой.

Теперь Хертог планирует изучить последствия новой теории в меньших масштабах, которые находятся в пределах досягаемости наших космических телескопов. Он считает, что первичные гравитационные волны

Гравитационные волны — это искажения или рябь в ткани пространства и времени. Впервые они были обнаружены в 2015 году детекторами Advanced LIGO и возникают в результате катастрофических событий, таких как столкновение черных дыр, сверхновых или слияние нейтронных звезд.

Последняя теория Стивена Хокинга о нашей Вселенной растопит ваш мозг автором является Томас Хертог из KU Leuven.

В статье, опубликованной в журнале Journal of High Energy Physics в мае, утверждается, что Вселенная гораздо менее сложна, чем предполагают современные теории мультивселенной.

Он основан на концепции вечной инфляции, впервые представленной в 1979 году и опубликованной в 1981 году.

После Большого взрыва Вселенная пережила период экспоненциальной инфляции. Затем оно замедлилось, и энергия превратилась в материю и излучение.

Однако, согласно теории вечной инфляции, некоторые пузыри пространства перестали раздуваться или замедлились на остановочной траектории, создав небольшой фрактальный тупик статического пространства.

Между тем, в других космических пузырях из-за квантовых эффектов инфляция никогда не прекращается, что приводит к бесконечному количеству мультивселенных.

Все, что мы видим в нашей обозримой Вселенной, согласно этой теории, содержится всего лишь в одном из этих пузырей — в котором прекратилось надувание, позволившее сформироваться звездам и галактикам.

Визуализация раздувающейся мультивселенной. (А. Линде/Стэнфордский университет)

«Локальные законы физики и химии могут отличаться от одной карманной вселенной к другой, которые вместе образуют мультивселенную. Но я никогда не был поклонником мультивселенной. Если масштаб различных вселенных в мультивселенной велик или бесконечен теория не может быть проверена».

Даже один из первоначальных архитекторов модели вечной инфляции в последние годы отрекся от нее.

Пол Стейнхардт, физик из Принстонского университета, официально заявил, что теория взяла проблему, которую должна была решить — сделать Вселенную универсально согласованной с нашими наблюдениями — и просто перенесла ее на новую модель.

Теперь Хокинг и Хертог говорят, что модель вечной инфляции неверна. Это потому, что общая теория относительности Эйнштейна не работает на квантовых масштабах.

«Проблема с обычным объяснением вечной инфляции заключается в том, что оно предполагает существующую фоновую Вселенную, которая развивается в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, и рассматривает квантовые эффекты как небольшие флуктуации вокруг этого», — объяснил Хертог.

«Однако динамика вечной инфляции стирает различие между классической и квантовой физикой. Как следствие, теория Эйнштейна рушится в вечной инфляции.»

Последняя теория Хокинга основана на теории струн, одной из структур, пытающихся согласовать общую теорию относительности с квантовой теорией путем замены точечных частиц в физике элементарных частиц крошечными вибрирующими одномерными струнами.

В теории струн голографический принцип предполагает, что объем пространства может быть описан на границе более низкого измерения; поэтому вселенная подобна голограмме, в которой физическая реальность в трехмерных пространствах может быть математически сведена к двумерным проекциям на их поверхности.

Исследователи разработали вариант голографического принципа, который проецирует временное измерение в вечное расширение, что позволило им описать концепцию, не полагаясь на общую теорию относительности.

Это позволило им математически свести вечную инфляцию к вневременному состоянию на пространственной поверхности в начале Вселенной — голограмме вечной инфляции.

В 1983 году Хокинг и другой исследователь, физик Джеймс Хартл, предложили так называемую «теорию отсутствия границ» или «состояние Хартла-Хокинга». Они предположили, что до Большого взрыва было пространство, но не было времени. Итак, Вселенная, когда она началась, расширилась из одной точки, но не имеет границы.

Согласно новой теории, ранняя Вселенная действительно имела границу, и это позволило Хокингу и Хертогу сделать более надежные предсказания о структуре Вселенной.

Это результат, который не опровергает существование мультивселенных, а сводит их к гораздо меньшему диапазону, а это означает, что теорию мультивселенной может быть легче проверить в будущем, если эту работу можно будет воспроизвести и подтвердить другими физиками.

Хертог планирует протестировать его, отыскав гравитационные волны, которые могли быть вызваны вечной инфляцией.

Эти волны слишком велики, чтобы их можно было обнаружить с помощью LIGO, но будущие интерферометры гравитационных волн, такие как космический LISA, и будущие исследования космического микроволнового фона могут их обнаружить.

Исследование группы было опубликовано в журнале Journal of High Energy Physics , и полностью его можно прочитать на arXiv. Удачи.

Космическая клоунада: «новая» теория всего Стивена Хокинга — та же старая ДЕРЬМО

Я всегда думал о Стивене Хокинге, чья новая книга The Grand Design (Bantam 2010), написанная в соавторстве с Леонардом Млодиновым, мгновенно стала бестселлером — не столько как ученый, сколько как космический художник-комик, который любит подшучивать над своими коллегами-физиками и всеми нами.

Эта склонность была очевидна уже в 1980 году, когда Кембриджский университет назначил Хокинга Лукасиана профессором математики в Кембридже, на кафедру, которую три века назад занимал Исаак Ньютон. Такая честь заставила бы многих поостеречься. Но в своей вступительной лекции «Был ли конец теоретической физике?» Хокинг предсказал, что физика стоит на пороге единой теории, настолько мощной и полной, что она положит конец этой области. Теория не только объединит теорию относительности и квантовую механику в один аккуратный пакет и «опишет все возможные наблюдения». Это также рассказало бы нам, почему Большой взрыв породил наш странный мир, а не что-то совершенно иное.

В конце своего выступления Хокинг лукаво предположил, что, учитывая «быструю скорость развития» компьютеров, они вскоре могут стать настолько умными, что «полностью возьмут верх» в физике. «Так что, возможно, конец физикам-теоретикам близок, — сказал он, — если не теоретической физике». Эта фраза явно предназначалась для того, чтобы ткнуть его коллег в ребра. Разве не было бы иронично, если бы наши безмозглые машины узурпировали наше место первооткрывателей Космической Истины? Веселый!

Знаменитая последняя строчка монументального бестселлера Хокинга Краткая история времени (Bantam 1988) тоже была шуткой, хотя в то время многие ее не поняли. Окончательная теория физики, заявил Хокинг, «была бы окончательным триумфом человеческого разума, потому что тогда мы должны были бы знать разум Бога». Хокинг, казалось, имел в виду, что физика собирается вернуться к своим духовным корням, открывая мистическое откровение, которое говорит нам не только о том, что такое Вселенная, но и о том, почему она существует. Ведь наука и религия совместимы! Ура!

Но Хокинг не принадлежит к числу этих нью-эйджовских, благодушных физиков-деистов, таких как Джон Бэрроу, Пол Дэвис, Фриман Дайсон или другие лауреаты Темплтоновской премии за прогресс в исследованиях или открытиях, касающихся духовных реальностей. Глубоко внутри Краткая история Хокинг показал свое истинное лицо, когда обсуждал гипотезу об отсутствии границ, согласно которой вся история Вселенной, все пространство и время образуют своего рода четырехмерную сферу. Предложение подразумевает, что предположения о начале или конце вселенной столь же бессмысленны, как и разговоры о начале или конце сферы.

Точно так же единая теория физики может быть настолько целостной, совершенной и полной, что даже объяснит сама себя. «Какое место тогда для творца?» — спросил Хокинг. Нет места, ответил он. Или, скорее, окончательная теория устранит потребность в Боге, творце, дизайнере. Первая жена Хокинга, набожная христианка, знала, чем он занимается. После того, как она и Хокинг развелись в начале 19В 90-х годах она показала, что одной из причин было его презрение к религии.

Атеизм Хокинга занимает центральное место в Grand Design . В отрывке Хокинг и Млодинов заявляют: «Существует надежное научное объяснение создания нашего мира — боги не требуются». Но Хокинг, должно быть, снова шутит. «Надежное научное объяснение» — это М-теория, которую Хокинг называет (в аннотации к Amazon) «единственным жизнеспособным кандидатом на роль полной «теории всего»».

На самом деле М-теория — это последняя версия теории струн, в которой струны заменены мембранами (отсюда М). На протяжении более двух десятилетий теория струн была самым популярным кандидатом на роль единой теории, которую Хокинг придумал 30 лет назад. Однако эта популярность проистекает не из действительных достоинств теории, а скорее из-за отсутствия достойных альтернатив и упорного отказа энтузиастов отказаться от своей веры. 9–33 сантиметра. Чтобы получить экспериментальное подтверждение существования мембран или струн, которое у нас есть, скажем, для кварков, потребуется ускоритель частиц на расстоянии 1000 световых лет вокруг, что превышает наши нынешние технологии. Вся наша Солнечная система имеет длину всего один световой день, а Большой адронный коллайдер, самый мощный в мире ускоритель, имеет длину окружности 27 километров.

Хокинг давно понял, что окончательная теория — поскольку она, вероятно, будет включать частицы планковского масштаба — может никогда не получить экспериментального подтверждения. «Маловероятно, что у нас будут достаточно мощные ускорители», чтобы проверить единую теорию «в обозримом будущем — или вообще когда-либо», — сказал он в своем 19-летнем докладе.80-я речь в Кембридже. Тем не менее он надеялся, что вместо эмпирических данных физики откроют теорию настолько логически неизбежную, что она исключит все альтернативы.

Произошло как раз обратное. М-теория, как теперь понимают теоретики, имеет почти бесконечное количество версий, которые «предсказывают» почти бесконечное количество возможных вселенных. Критики называют это «проблемой ресторана Алисы», ссылаясь на рефрен старой народной песни Арло Гатри: «В ресторане Алисы можно получить все, что угодно». Конечно, теория, которая предсказывает все, на самом деле ничего не предсказывает и, следовательно, вообще не является теорией. Сторонники, в том числе Хокинг, пытались превратить эту ошибку в особенность, заявляя, что все вселенные, «предсказываемые» М-теорией, действительно существуют. «Наша вселенная кажется одной из многих», — утверждают Хокинг и Млодинов.

Почему мы оказываемся именно в этой вселенной, а не во вселенной, где нет гравитации или только в двух измерениях, или в причудливом мире, в котором Гленн Бек скорее левый, чем правый псих? Чтобы ответить на этот вопрос, Хокинг обращается к антропному принципу — фразе, придуманной физиком Брэндоном Картером в 1970-х годах. Антропный принцип существует в двух версиях. Слабый антропный принцип, или WAP, утверждает, что любой космический наблюдатель будет наблюдать условия, по крайней мере локально, которые делают существование наблюдателя возможным. Сильная версия, SAP, говорит, что вселенная должна быть устроена так, чтобы сделать возможными наблюдателей.

Антропный принцип всегда казался мне настолько глупым, что я не могу понять, почему кто-то воспринимает его всерьез. Это космологическая версия креационизма. WAP тавтологичен, а SAP телеологичен. Физик Тони Ротман, с которым я работал в Scientific American в 1990-х годах, любил говорить, что антропный принцип в любой форме совершенно нелеп и, следовательно, должен называться ДЕРЬМОМ.

В своей речи в Кембридже в 1980 году Хокинг упомянул антропный принцип, который он перефразировал так: «Вещи такие, какие они есть, потому что мы есть» — как возможное объяснение того факта, что наш космос, по-видимому, идеально приспособлен для нашего существования. Но добавил, что «нельзя отделаться от ощущения, что этому есть какое-то более глубокое объяснение».

Как и миллионы других людей, я восхищаюсь гениальностью, остроумием, отвагой и воображением Хокинга. Его пророчество о конце физики вдохновило меня написать «Конец науки » (которую он назвал «мусором»). Хокинг также сыграл центральную роль в одном из самых ярких моментов моей карьеры. Это восходит к лету 1990 года, когда я присутствовал на симпозиуме на отдаленном шведском курорте на тему «Рождение и ранняя эволюция нашей Вселенной». На встрече присутствовали 30 самых выдающихся космологов мира, в том числе Хокинг.

Ближе к концу собрания все сели в автобус и поехали в ближайшую деревню, чтобы послушать концерт в лютеранской церкви. Когда ученые вошли в церковь, она уже была переполнена. Оркестр, пестрый сборище светловолосых юношей и высохших лысых старцев, сжимающих в руках скрипки, кларнеты и другие инструменты, сидел перед церковью. Их соседи забили балконы и сиденья в задней части здания.

Ученые гуськом прошли по центральному проходу к скамьям, отведенным для них перед церковью. Хокинг шел впереди в своей моторизованной инвалидной коляске. Горожане начали аплодировать, сначала неуверенно, потом страстно. Эти религиозные люди, казалось, поощряли ученых, и особенно Хокинга, в их стремлении разгадать загадку существования.

Теперь Хокинг говорит нам, что неподтвержденная М-теория плюс антропная тавтология представляют собой конец этого поиска. Если мы ему верим, шутка над нами.

Выраженные взгляды принадлежат автору (авторам) и не обязательно совпадают с мнением Scientific American.

ОБ АВТОРАХ

Джон Хорган руководит Центром научных публикаций при Технологическом институте Стивенса.