Если кто-то и знал все о черных дырах, то это был стивен хокинг. «Крупномасштабная структура пространства-времени»

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.

«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.

Теги:

• Стивен хокинг
• выдающиеся ученые
• будущее
• космология

Адам Роджерс

Расчеты Стивена Хокинга помогли показать, что по мере того, как юная Вселенная расширяется и растет, колебания в квантовой шкале — наименьшей возможной градации материи — становятся галактиками, которые мы видим вокруг нас.

Пожалуй, самый известный физик на Земле, Стивен Хокинг, умерший в среду в Кембридже в возрасте 76 лет, ошибался достаточно. Некоторое время он думал, что черные дыры разрушают информацию . Он думал, что Cygnus X-1 , излучатель рентгеновских лучей на расстоянии более 6000 световых лет, не окажется черной дырой (но он оказался). Он считал, что никто никогда не найдет бозона Хиггса, частицы вещества, косвенно ответственного за существование массы во Вселенной (Исследователи из ЦЕРН нашли его в 2012 году).

Но Хокинг также части оказывался прав. Он и физик Роджер Пенроуз описывали особенности , умозрительные физические концепции, в которых относительность и квантовая механика соединялись – подобно материи в черной дыре. Местое, которое ни один человек никогда не увидит своими глазами; горизонт событий во времени и пространстве. Но разум Хокинга был достаточно силен, чтобы увидеть подобное, или, по крайней мере, представить.

Его расчеты помогли показать, что по мере того, как юная Вселенная расширяется и растет, колебания в квантовой шкале — наименьшей возможной градации материи — становятся галактиками, которые мы видим вокруг нас. Ни один человек никогда не побывает в другой галактике, и квантовая область едва ли представляет интерес для технологий, но Хокинг предвидел этот прорыв. И подсчитал, что черные дыры иногда могут взорваться.

Физики объясняют, что отправиться в прошлое теоретически можно, а вот убить собственного дедушку - нет

Аннотация

В основу книги легли доклады, прочитанные всемирно известными учеными и популяризаторами науки 3 июня 2000 г. в честь 60-летия Кипа С.Торна. В них обсуждаются фундаментальные вопросы, связанные с природой пространства-времени, в том числе возможность путешествий во времени, а также даются предсказания о грядущих открытиях.

Рецензия "Частного Корреспондента"

Нельзя сказать, чтобы всякая собака у нас знала, кто такой Кип С. Торн . Зато все знают, кто такой Стивен Хокинг . Поэтому неудивительно, что на обложке сборника, посвящённого шестидесятилетию первого физика, значится тем не менее фамилия второго - так, будто Хокинг был единственным автором книги, а все остальные только рядом курили. Простим издателю эту маленькую хитрость. Тем более что книга очень хороша.

Хороша, хотя неоднородна. Состоит она из обширного введения и пяти статей. В первых двух Игорь Новиков и Стивен Хокинг рассуждают о том, возможна ли машина времени. В третьей Кип С. Торн даёт прогнозы развития науки на ближайшие десятилетия. Заключительные две - Тимоти Ферриса и Алана Лайтмана - посвящены соответственно проблеме популяризации науки и сопоставлению природы таланта физика и литератора.

Эти последние, что неудивительно, наименее интересны. Спорить с тем, что наука нуждается в популяризации, вроде бы нечего. (Хотя, может быть, в стране, где чёртову уйму денег собираются потратить на преподавание религии в школах, и при этом ни копейки не потрачено на пропаганду науки, - в такой стране как раз и нужно бы министру образования дать почитать статью Ферриса, а?) Статья Лайтмана про физиков и лириков довольно наивна.

А вот введение, написанное Ричардом Прайсом, заслуживает самого пристального внимания. Нет, конечно, тот, кто способен быстренько вывести преобразования Лоренца и вполне понимает, чем специальная теория относительности отличается от общей, тот его пропустит. Но ведь и книга не для этого титана духа, а для человека, который знает про Эйнштейна только, что он высовывал язык перед камерой.

С профанной точки зрения, самое впечатляющее в сборнике - это статьи Новикова и Хокинга о путешествиях во времени. Если червоточины в пространстве существуют, говорит Новиков, то путешествия в прошлое возможны и, главное, «проблема дедушки» (некто отправляется в прошлое и убивает своего дедушку ещё до рождения своего отца) в принципе решаема. Хокинг с Новиковым не спорит, но уточняет, что появление червоточин в пространстве маловероятно - меньше, чем 1:10 с пятью триллионами нулей.

А самая интересная и важная статья в книге - текст Торна о перспективах развития науки: именно из него становится понятно, чего же современная физика не знает. (Ведь человеку неподготовленному может после рассуждений об искривлениях пространства показаться, что всё остальное уже понятно.) Что находится в самом сердце чёрной дыры? Что происходило в первую секунду существования Вселенной? И самое интересное, как соотносятся теория относительности и квантовая механика? Ничего этого физики не знают, но, если верить автору, скоро узнают.

Чувство здорового патриотизма заставляет только пожалеть, что узнают это, судя по всему, не российские физики, а европейские и американские (ну, или наши, но давно перебравшиеся за рубеж). Но ничего, будем надеяться, что они нам расскажут. Напишут ещё одну хорошую книжку, а мы её переведём и почитаем.

МОСКВА, 14 мар — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Британский физик-теоретик, доказавший, что черные дыры излучают, автор научно-популярных бестселлеров о происхождении Вселенной Стивен Хокинг скончался на 77-м году жизни. Эрудиция, стремление докопаться до истины, разносторонние научные интересы и не в последнюю очередь воля к жизни принесли ему всемирную известность, сравнимую разве что со славой Альберта Эйнштейна.

Один из ярчайших ученых и мыслителей современности родился в 1942 году в Оксфорде. Окончил Оксфордский университет, где изучал физику и защитился по теме расширяющейся Вселенной. Хокинга интересовали космологии и квантовая гравитация.

В молодом возрасте у него диагностировали тяжелое неизлечимое заболевание — боковой амиотрофический склероз. Ученый оказался прикован к инвалидному креслу, потерял способность говорить. Несмотря на это, продолжал работать, читать лекции, писать книги.

Хокинг изучал понятие пространственно-временной сингулярности — точки в центре черных дыр — и использовал его для объяснения возникновения Вселенной. Вместе с математиком Роджером Пенроузом он написал эссе "Сингулярность и геометрия пространства-времени", за что получил премию Сэма Адамса. Позже доказал, что если Вселенная подчиняется общей теории относительности Эйнштейна, то она должна была возникнуть из точки с бесконечной плотностью, то есть начаться с сингулярности. Однако квантовые флуктуации привели ее к Большому взрыву и быстрому расширению.

Занимаясь черными дырами (объектами огромной плотности, притягивающими все вокруг), Хокинг вместе с коллегами вывел законы их механики по аналогии с термодинамикой. А в 1975 году предположил, что черные дыры излучают фотоны. Это противоречило теории относительности, но следовало из квантовой механики. Черные дыры светятся, словно раскаленные тела, излучая энергию и постепенно "испаряясь" (позже, правда, Хокинг доказывал, что площадь черных дыр не изменяется). Это теперь вполне доказанное явление назвали излучением Хокинга.

Занявшись теорией инфляции, согласно которой темпы расширения Вселенной со временем замедлились, Стивен Хокинг утверждал, что понятие начала Вселенной может быть неопределенным, поскольку до Большого взрыва не существовало времени. Он также отказался от понятия сингулярности как момента рождения Вселенной и ввел термин "полюс", то есть место без границ в начале мироздания. Эти работы составили книгу "Краткая история времени", опубликованную в 1988-м. Она стала бестселлером и сделала Хокинга мировой знаменитостью.

При описании свойств черных дыр сталкиваются две главные физические теории — теория гравитации и квантовая механика. Нужно принять либо одну, либо другую. По теории гравитации, все тела и частицы, падая в черную дыру, исчезают в ней, а вместе с ними и вся информация. Однако это противоречит квантовой механике, согласно которой информация остается во Вселенной навсегда, хотя практически считать ее невозможно (по крайней мере, пока). Стивен Хокинг попытался решить информационный парадокс в 2004 году, однако несильно преуспел. Он заявил, что информация, исчезнувшая в черной дыре в одной из Вселенных, возникает в другой — параллельной. Сам информационный парадокс он назвал "величайшей ошибкой".

Стивен Хокинг опубликовал множество научно-популярных книг, многие из которых переведены на русский язык, в том числе "Мир в ореховой скорлупке", "Большое, малое и человеческий разум", "Будущее пространства-времени", серия детских книжек "Джордж и тайны Вселенной".