Якщо хтось і знав усе про чорні діри, то це був стиковий хокінг. «Великомасштабна структура простору-часу»

Виступ Хокінга у вигляді голограми перед слухачами у Гонконгу. Вчений перебував у цей час із власним офісом у Кембриджі

Як повідомлялося на Geektimes, сьогодні вранці у своєму будинку пішов з життя один з найбільших учених нового часу, британський фізик-теоретик Стівен Хокінг. Йому було 76 років. Незважаючи на тяжку хворобу, бічний аміотрофічний склероз, Хокінг жив практично повноцінним життям- Виступав на конференціях, з'являвся на телебаченні, навіть озвучував самого себе в «Сімпсонах». Але, звичайно, популярність він отримав не так за публічну діяльність, як за свої наукові роботи. Науковим дослідженнямта досягненням Хокінга та присвячена ця стаття.

Що це за роботи та в якому напрямку «копав» учений? Чому про нього та його книги, концепції говорять дуже багато? Хокінг - один із основоположників квантової космології. Вчений формував теорію виникнення Всесвіту в результаті Великого вибуху. У ході роботи він зробив велика кількістьвідкриттів, включаючи таку специфічну сферу, як еволюція зірок. Одна з його перших книг, коротка історіячасу», стала науково-популярним бестселером, його читали навіть люди, які дуже далекі від науки.

У цьому матеріалі біографічних даних не дуже багато, він написаний для того, щоб дати уявлення про роботу Хокінга. Щоправда, для кращого розуміннятого, наскільки видатною людиноювін був, варто вказати кілька фактів із життя вченого, всього пара абзаців.

Стівен Хокінг народився 8 січня 1942 року в Оксфорді. Незважаючи на розум, у навчанні в школі він не виділявся, як, власне, і багато вчених до нього. Трієчником був і Ейнштейн. До речі, Хокінг отримав від шкільних товаришів прізвисько Ейнштейн. Після школи він вступив до вишу, і під час навчання лікарі поставили Хокінгу діагноз – бічний аміотрофічний склероз. На жаль, це захворювання не лікується, і більшість пацієнтів із таким діагнозом помирають ще молодими.

Мова студента ставала все менш виразною, йому стало важко ходити, дрібна моторикарук стала проблемою. Проте майбутній видатний учений продовжив навчання. У 1962 році він закінчив університет, отримавши ступінь бакалавра з математики та фізики. Після того, як лікарі діагностували хворобу, Хокінгу давали лише два роки – на більше медики не розраховували.

Проте хвороба не надто швидко прогресувала, і Хокінг ходив до кінця 60-х, після чого йому довелося почати пересуватися на візку. 1985 року вчений переніс запалення легенів, після чого він втратив здатність говорити. Саме тоді він почав використовувати синтезатор мови. Все це не зупинило його від обраного шляху – шляху до пізнання.

У 1965 році молодий фахівець почав вести наукову діяльністьу Кембриджському університеті в коледжі Гонвілл та Кіз. Лише за рік він отримав ступінь доктора філософії. Після цього діяльність вченого стала дуже різноманітною. Наприклад, він перейшов працювати в Інститут теоретичної астрономії. Там, на кафедрі прикладної математикиі теоретичної фізикиХокінг став професором фізики та математики.

Початок його кар'єри довелося якраз на 60-ті роки, коли було проведено третій із серії класичних експериментів «досвід», який підтвердив справедливість загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна. Цей досвід показав гравітаційне червоне усунення - тобто зміна частоти світла під час проходження променя поруч із масивним об'єктом, наприклад, зіркою.

Коли теорія Ейнштейна була підтверджена, вчені почали досліджувати можливі її прояви та наслідки. Наприклад, динаміку розширення Всесвіту після виходу зі стану рівноваги. Також багато фахівців зайнялися вивченням чорних дірок. Ця тематика зацікавила і Хокінга. У дисертації вчений використав теореми, які сформулював його колега, британський математик Роджер Пенроуз. Заслуга Стівена Хокінга була в тому, що він застосував ці теореми до всього Всесвіту, пояснюючи зокрема гравітаційні сигнулярності. Вони являють собою феномен простору-часу, спроби застосувати рівняння загальної теоріївідносності якого дають некоректні з фізичної погляду рішення.

Цікаво, що саме Пенроуз зміг пояснити процес виникнення чорних дірок, пов'язавши його із сингулярністю. Пенроуз стверджував, що звичайна зірка перетворюється на чорну дірку завдяки гравітаційному колапсущо супроводжується народженням особливого роду поверхні. Її можна назвати «пастковою».

Зрозуміло, що «вивчати» чорні діри безпосередньо не можна, тому доводиться пропонувати пояснення різним явищам, стежачи за тим, щоб це пояснення узгоджувалося з іншими феноменами та їх проявами, а також загальною концепцієюпростору-часу. У 1971 році Хокінг припустив, що крім звичайних чорних дірок існують і мікроскопічні об'єкти з масою в мільярди тонн але об'ємом, що не перевищує обсягу протона.

Розвиваючи цю теорію, у 70-х роках минулого століття Хокінг разом із вченими Брендоном Картером та Девідом Робінсоном змогли підвести доказову базупід гіпотезу американського фізикаДжона Вілера. Згідно з ним, ізольовані чорні діри, описані в просторі-часі Шварцшильда, можуть характеризуватись двома параметрами. Перший – маса і другий – кутовий момент.

«Чорні дірки насправді не такі чорні, як їх малюють. Це не вічні в'язниці, якими їх уявляють. Щось може вийти з них і, можливо, до іншого всесвіту. Так що якщо ви відчуваєте, що потрапили в чорну дірку, не здавайтеся. Вихід є!», - говорив Хокінг однією зі своїх лекцій.

Що стосується інших всесвітів, то Стівен Хокінг та низка його колег вважали і вважають, що чорні дірки можуть бути тунелями у «сусідство» всесвіту. Щоправда, не всі чорні дірки, а лише ті з них, які досить великі та обертаються. Щоправда, пройшовши таким тунелем, у наш всесвіт повернутися не можна. Цікаво, що і ця концепція стала основою низки науково-фантастичних творів.

До речі, незважаючи на те, що роботи космологів досить складні для розуміння (і це м'яко сказано), реальний устрій світу ще складніший, адже фізики та математики намагаються пояснити лише частину феноменів, які ми спостерігаємо чи вважаємо, що спостерігаємо. Процес пізнання - нескінченний, як і сам Всесвіт. Не можна сподіватися на те, що влаштування Всесвіту стане ясним нашим нащадкам через сто або навіть тисячу років. Але якісь моменти прояснюються, а туман непізнаного поступово розсіюється, хоч і потроху, відкриваючи чіткі грані Знання. І в цьому – безперечна заслуга Стівена Хокінга. Після його смерті діти вченого заявили, що він залишив спадщину кільком поколінням одразу. У цьому немає сумнівів.

Теги:

• Стівен хокінг
• видатні вчені
• майбутнє
• космологія

Адам Роджерс

Розрахунки Стівена Хокінга допомогли показати, що в міру того, як юний Всесвіт розширюється і зростає, коливання в квантовій шкалі - найменшої можливої ​​градації матерії - стають галактиками, які ми бачимо довкола нас.

Мабуть, самий відомий фізикна Землі, Стівен Хокінг, який помер у середу в Кембриджі у віці 76 років, помилявся достатньо. Деякий час він думав, що чорні дірки руйнують інформацію. Він думав, що Cygnus X-1, випромінювач рентгенівських променівна відстані понад 6000 світлових років, не виявиться чорною діркою (але він виявився). Він вважав, що ніхто ніколи не знайде бозона Хіггса, частинки речовини, що побічно відповідає за існування маси у Всесвіті (Дослідники з ЦЕРН знайшли його у 2012 році).

Але Хокінг також частини мав рацію. Він і фізик Роджер Пенроуз описували особливості, умоглядні фізичні концепції, в яких відносність і квантова механіка поєднувалися - подібно до матерії в чорній дірі. Місце, яке жодна людина ніколи не побачить на власні очі; горизонт подій у часі та просторі. Але розум Хокінга був досить сильним, щоб побачити подібне, або, принаймні, уявити.

Його розрахунки допомогли показати, що в міру того, як юний Всесвіт розширюється і зростає, коливання в квантовій шкалі — найменшої можливої ​​градації матерії стають галактиками, які ми бачимо навколо нас. Жодна людина ніколи не побуває в іншій галактиці, і квантова область навряд чи цікава для технологій, але Хокінг передбачав цей прорив. І підрахував, що чорні дірки іноді можуть вибухнути.

Фізики пояснюють, що відправитися в минуле теоретично можна, а ось убити власного дідуся - ні

Анотація

В основу книги лягли доповіді, прочитані всесвітньо відомими вченими та популяризаторами науки 3 червня 2000 р. на честь 60-річчя Кіпа С. Торна. Вони обговорюються фундаментальні питання, пов'язані з природою простору-часу, зокрема можливість подорожей у часі, і навіть даються передбачення майбутніх відкриттях.

Рецензія "Приватного кореспондента"

Не можна сказати, щоб кожен собака у нас знала, хто такий Кіп С. Торн. Зате всі знають, хто такий Стівен Хокінг. Тому не дивно, що на обкладинці збірки, присвяченої шістдесятиріччю першого фізика, значиться прізвище другого - так, ніби Хокінг був єдиним автором книги, а всі інші тільки поруч курили. Пробачимо видавцеві цю маленьку хитрість. Тим більше, що книга дуже хороша.

Гарна, хоч неоднорідна. Складається вона з великого вступу та п'яти статей. У перших двох Ігор Новіков та Стівен Хокінг розмірковують про те, чи можлива машина часу. У третій Кіп С. Торн дає прогнози розвитку науки на найближчі десятиліття. Заключні дві - Тімоті Ферріса та Алана Лайтмана - присвячені відповідно до проблеми популяризації науки та зіставлення природи таланту фізика та літератора.

Ці останні, що не дивно, найменш цікаві. Сперечатися з тим, що наука потребує популяризації, начебто нічого. (Хоча, можливо, в країні, де чортове безліч грошей збираються витратити на викладання релігії в школах, і при цьому ні копійки не витрачено на пропаганду науки, - у такій країні якраз і треба б міністру освіти дати почитати статтю Ферріса, га? ) Стаття Лайтмана про фізиків та ліриків досить наївна.

А ось вступ, написаний Річардом Прайсом, заслуговує самого пильної уваги. Ні, звичайно, той, хто здатний швиденько вивести перетворення Лоренца і цілком розуміє чим спеціальна теоріяВідносність відрізняється від загальної, той його пропустить. Але ж і книга не для цього титану духу, а для людини, яка знає про Ейнштейна тільки, що вона висувала мову перед камерою.

З профанної точки зору найвражаюче у збірнику - це статті Новікова і Хокінга про подорожі в часі. Якщо червоточини в просторі існують, каже Новіков, то подорожі в минуле можливі і, головне, «проблема дідуся» (хтось вирушає в минуле і вбиває свого дідуся ще до народження свого батька) в принципі можна розв'язати. Хокінг із Новиковим не сперечається, але уточнює, що поява червоточин у просторі малоймовірна – менше, ніж 1:10 із п'ятьма трильйонами нулів.

А найцікавіша і найважливіша стаття у книзі - текст Торна про перспективи розвитку науки: саме з нього стає зрозуміло, чого ж сучасна фізикане знає. (Адже людині непідготовленій може після міркувань про викривлення простору здатися, що все інше вже зрозуміло.) Що знаходиться в самому серці чорної дірки? Що відбувалося в першу секунду існування Всесвіту? І найцікавіше, як співвідносяться теорія відносності та квантова механіка? Нічого цього фізики не знають, але, якщо вірити автору, невдовзі дізнаються.

Почуття здорового патріотизму змушує лише пошкодувати, що дізнаються про це, судячи з усього, не російські фізики, А європейські та американські (ну, або наші, але давно перебралися за кордон). Але нічого, сподіватимемося, що вони нам розкажуть. Напишуть ще одну гарну книжку, а ми її переведемо та шануємо.

МОСКВА, 14 березня - РІА Новини, Тетяна Пічугіна.Британський фізик-теоретик, який довів, що чорні діри випромінюють, автор науково-популярних бестселерів про походження Всесвіту Стівен Хокінг помер на 77-му році життя. Ерудиція, прагнення докопатися до істини, різнобічні наукові інтересиі не в останню чергуволя до життя принесли йому всесвітню популярність, порівнянну хіба що зі славою Альберта Ейнштейна.

Один із найяскравіших учених та мислителів сучасності народився 1942 року в Оксфорді. Закінчив Оксфордський університет, де вивчав фізику і захистився на тему Всесвіту, що розширюється. Хокінга цікавили космології та квантова гравітація.

У молодому віціу нього діагностували тяжке невиліковне захворювання - бічний аміотрофічний склероз. Вчений виявився прикутим до інвалідному крісловтратив здатність говорити. Попри це продовжував працювати, читати лекції, писати книги.

Хокінг вивчав поняття просторово-часової сингулярності — крапки у центрі чорних дірок — і використав його пояснення виникнення Всесвіту. Разом з математиком Роджером Пенроузом він написав есе "Сингулярність та геометрія простору-часу", за що отримав премію Сема Адамса. Пізніше довів, що й Всесвіт підпорядковується загальної теорії відносності Ейнштейна, вона мала виникнути з крапки з нескінченної щільністю, тобто розпочатися з сингулярності. Однак квантові флуктуації призвели її до Великого вибуху та швидкого розширення.

Займаючись чорними дірками (об'єктами величезної щільності, що притягують усе навколо), Хокінг разом із колегами вивів закони їхньої механіки за аналогією з термодинамікою. А 1975 року припустив, що чорні дірки випромінюють фотони. Це суперечило теорії відносності, але випливало з квантової механіки. Чорні діри світяться, немов розпечені тіла, випромінюючи енергію і поступово "випаровуючись" (пізніше, правда, Хокінг доводив, що площа чорних дірок не змінюється). Це тепер цілком доведене явище назвали випромінюванням Хокінга.

Зайнявшись теорією інфляції, за якою темпи розширення Всесвіту з часом уповільнилися, Стівен Хокінг стверджував, що поняття початку Всесвіту може бути невизначеним, оскільки до Великого вибуху не існувало часу. Він також відмовився від поняття сингулярності як моменту народження Всесвіту та ввів термін "полюс", тобто місце без кордонів на початку всесвіту. Ці роботи склали книгу "Коротка історія часу", опубліковану 1988-го. Вона стала бестселером і зробила Хокінга світовою знаменитістю.

При описі властивостей чорних дірок стикаються дві основні фізичні теорії- Теорія гравітації та квантова механіка. Потрібно прийняти одну чи іншу. За теорією гравітації, всі тіла та частки, падаючи в чорну дірку, зникають у ній, а разом з ними і вся інформація. Однак це суперечить квантової механіки, згідно з якою інформація залишається у Всесвіті назавжди, хоча практично вважати її неможливо (принаймні поки що). Стівен Хокінг спробував вирішити інформаційний парадокс у 2004 році, проте не дуже досяг успіху. Він заявив, що інформація, яка зникла в чорній дірі в одному із Всесвітів, виникає в іншій — паралельній. Сам інформаційний парадокс він назвав "найбільшою помилкою".

Стівен Хокінг опублікував безліч науково-популярних книг, багато з яких перекладено російською мовою, у тому числі "Світ у горіхової шкаралупки", "Велике, мале і людський розум"Майбутнє простору-часу", серія дитячих книжок "Джордж і таємниці Всесвіту".