Три урока Стивена Хокинга

Содержание

Три урока от Стивена Хокинга

Три урока Стивена Хокинга

«Максимум два с половиной года», — говорили врачи, а он прожил еще полвека. Утратив способность говорить, общался с окружающими при помощи компьютера.

Полностью потеряв подвижность, совершил полет в невесомости. Написал полтора десятка книг, занимался наукой, преподавал.

14 марта 2018 года не стало Стивена Хокинга — физика-теоретика, перевернувшего наше представление о строении и происхождении Вселенной.

Даже если вы никогда не слышали о том, что такое квантовая космология, не интересовались теорией черных дыр и не держали в руках книгу «Краткая история времени», вы почти наверняка знаете, кто такой Стивен Хокинг. Да-да, тот самый ученый в инвалидном кресле, с синтезатором голоса. Нам всем было и есть чему у него поучиться. И речь не только и не столько о физике.

Никогда не сдавайтесь

В 1963 году у 20-летнего Хокинга диагностировали боковой амиотрофический склероз (БАС) — редкое неизлечимое заболевание, при котором страдают двигательные нейроны, что приводит к параличу и атрофии мышц.

Болезнь прогрессировала: сначала ученый передвигался, опираясь на трость, в 1967 году перемещался на костылях, а вскоре пересел в инвалидное кресло.

В 1985 году после воспаления легких и нескольких операций Хокинг полностью утратил способность говорить.

Однако ученый не стал заложником болезни и даже находил в ней плюсы:

«Не могу сказать, что мое физическое состояние помогает в работе, но оно позволяет сконцентрироваться на исследованиях, избегая лекций и скучных конференций».

БАС не помешал Хокингу жениться (дважды, второй раз — на своей сиделке), стать отцом (трижды), вести научно-популярные программы и даже совершить полет в невесомости на Boeing 727.

Не ищите угрозу вовне

Хокинг не верил, что мы одни во Вселенной, — с математической точки зрения это маловероятно. Другой вопрос, какие они, инопланетные формы жизни, и как отнеслись бы землянам, если бы нам довелось встретиться. Впрочем, угрозу ученый видел не в космосе, а в самих людях:

«Самая сложная проблема, с какой довелось столкнуться человечеству, — это наши агрессивные инстинкты… Эти инстинкты были необходимы для выживания и были отпечатаны в наших головах на уровне генетического кода. Сейчас, со всем тем ядерным оружием, что у нас есть, мы уже не можем ждать, когда эволюция избавит нас от наших инстинктов».

В этом с физиком солидарны многие психологи, исследователи, религиозные деятели, писатели и художники. Но что можно противопоставить агрессии? Хокинг был уверен, что сопереживание, — возможно, потому, что именно сочувствие, внимание и забота окружающих помогли ему выжить.

Мыслите нестандартно

Столкновение с астероидом, вспышка гамма-лучей сверхновой звезды, кардинальное изменение климата… Катастрофа, угрожающая жизни на Земле, неизбежна, считал Хокинг, причем уже в ближайшую пару сотен лет. Но это не повод ставить крест на цивилизации.

«Человеческой расе не стоит держать все яйца в одной корзине — на одной планете. Наш единственный шанс долговременного выживания — освоить космос. Колонизация других планет — это уже не научная фантастика, это может стать научным фактом».

Он искренне верил в такую возможность и видел в ней наше спасение. В конце концов, «мы всего лишь развитые потомки обезьян на маленькой планете с ничем не примечательной звездой. Но у нас есть шансы постичь Вселенную. Это и делает нас особенными».

В детстве любимыми книгами хокинга были «путешествие к центру земли» и «двадцать тысяч лье под водой» жюля верна

Из школьных предметов будущий ученый больше всего не любил французский язык.

Как и его родители, он окончил Оксфорд.

Ученый изучал теорию возникновения мира в результате Большого взрыва и теорию черных дыр. Он предположил, что черные дыры малой массы «испаряются» за счет явления, получившего название «излучение Хокинга».

У Стивена Хокинга трое детей: сыновья Роберт и Тимоти и дочь Люси.

Книга «Краткая история времени», впервые изданная в 1988 году, переведена на десятки языков и издана общим тиражом более 10 млн экземпляров.

Ученый дважды посещал Москву: в 1973 и 1981 годах.

Хокинг озвучил самого себя в «Симпсонах» и «Футураме», появлялся в сериале «Теория Большого взрыва» и в одном из эпизодов сериала «Звездный путь: следующее поколение».

В кино его роль исполняли Бенедикт Камбербэтч («Хокинг», реж. Филип Мартин, 2004 год) и Эдди Редмэйн («Вселенная Стивена Хокинга», реж. Джеймс Марш, 2014 год).

К концу жизни ученого подвижность сохранила лишь мимическая мышца щеки. Напротив нее был закреплен датчик, с помощью которого физик управлял компьютером и общался с окружающими.

                                                  По материалам издания  http://www.psychologies.ru/articles/tri-uroka-stivena-hokinga/

Источник: https://www.uarehab.com/single-post/tri-uroka-ot-stivena-hokinga

Что было до Большого взрыва: (относительно) простое объяснение Стивена Хокинга

Три урока Стивена Хокинга

Наука все чаще отвечает на вопросы, которые раньше были прерогативой религии. Религия, собственно, была первой попыткой ответить на вопросы, которые интересуют всех нас: почему мы здесь, откуда мы взялись? В давние времена ответ был почти всегда одинаковым: все создали боги.

Мир был пугающим, и даже такие суровые люди, как викинги, верили в сверхъестественных существ, чтобы придать смысл непонятным природным явлениям: молниям, бурям или затмениям. В наши дни наука предлагает более ясные и убедительные ответы, но многие по старинке держатся за религию, потому что им так комфортнее и потому что они не доверяют науке или не понимают ее.

Если вы, как и я, согласны с существованием законов природы, то мы подходим к вопросу.

В этом и состоит существенная часть противостояния науки и религии. Можно определить Бога как воплощение законов природы. Однако большинство людей полагают иначе.

Они представляют Бога человекоподобным существом, с которым можно вступить в непосредственные отношения.

Если представить себе бескрайние размеры Вселенной и подумать, насколько незначительной и случайной является в ней человеческая жизнь, это выглядит крайне маловероятно.

Как и Эйнштейн, я использую слово «бог» в обезличенном смысле, связывая его с законами природы, поэтому постижение замысла Божьего — это постижение законов природы. Допускаю, что уже к концу этого столетия мы постигнем замысел Бога.

Остается одна область, на которую сейчас может претендовать религия, — происхождение Вселенной. Но даже здесь наука уже достигла прогресса и вскоре сможет предложить убедительный ответ на вопрос о том, как все начиналось. Я опубликовал книгу, в которой ставится под сомнение божественное создание Вселенной, и она вызвала определенные волнения.

Люди были недовольны тем, что ученый высказывается на религиозные темы. У меня нет ни малейшего желания указывать кому-то, во что верить, но, на мой взгляд, вопрос о существовании Бога — вполне правомерный для науки. В конце концов, трудно представить более важную или более фундаментальную тайну, чем что или кто создал Вселенную и управляет ею.

Я полагаю, Вселенная возникла спонтанно, из ничего — согласно научным законам.

Базовая предпосылка науки — научный детерминизм. Научные законы определяют эволюцию Вселенной в каждый конкретный момент ее развития.

Эти законы могут быть, а могут и не быть установлены Богом, но Он не может вмешаться и нарушить эти законы, иначе они не были бы законами.

Это оставляет Богу свободу выбрать первоначальный момент Вселенной, но даже и в этом, судя по всему, должны быть законы. Так что у Бога, по сути, нет никакой свободы.

Несмотря на сложность и разнообразие Вселенной, оказывается, что для ее создания требуются всего три ингредиента. Представим, что мы можем перечислить их в своего рода космической кулинарной книге.

Первый — материя, вещество, имеющее массу

Оно окружает нас всюду — вещество и в земле под ногами, и в небесах над головой. Пыль, камни, лед, жидкости. Огромные газовые облака, массивные спиральные галактики с миллиардами звезд, растянувшиеся на невообразимые расстояния.

Даже если вы никогда об этом не думали, вам известно, что такое энергия. Это то, с чем мы сталкиваемся ежедневно. Посмотрите на Солнце, и вы почувствуете на лице энергию, которую производит звезда, расположенная в 150 миллионах километрах от нас. Энергия пронизывает Вселенную, приводя в действие процессы, которые поддерживают ее динамичное, бесконечно изменяющееся состояние.

Третий ингредиент, необходимый нам для создания Вселенной, — пространство

Многопространства. Можно называть Вселенную как угодно — грандиозной, прекрасной, страшной, но ее никак нельзя назвать тесной. Куда ни бросишь взгляд — увидишь пространство, пространство и еще больше пространства. Оно простирается во все стороны. Этого достаточно, чтобы голова закружилась.

А откуда взялась вся эта материя, энергия и пространство?

Мы не имели об этом никакого понятия до ХХ века. Ответ пришел благодаря прозрению одного человека, возможно, самого выдающегося ученого всех времен. Его звали Альберт Эйнштейн. К сожалению, мне не удалось с ним встретиться, поскольку мне было всего тринадцать лет, когда он скончался.

Эйнштейн понял нечто удивительное: два ингредиента, необходимые для создания Вселенной, — масса и энергия — по сути, одно и то же, две стороны одной монеты, если угодно. Его знаменитое уравнение E = mc² попросту означает, что массу можно рассматривать как своего рода энергию и наоборот.

Так что теперь можно сказать, что для создания Вселенной вместо трех ингредиентов достаточно двух — энергии и пространства.

А откуда взялись энергия и пространство?

Ответ был получен после нескольких лет напряженной работы ученых: пространство и энергия спонтанно возникли в момент, который сейчас называется Большим взрывом. В момент Большого взрыва начала существовать вся Вселенная, а вместе с ней и пространство. Все расширялось, как надуваемый воздушный шарик.

Но все-таки откуда взялись энергия и пространство? Каким образом все произошло? Неужели Вселенная, полная энергии, головокружительные пространства космоса и все, что в нем есть, просто возникли из ничего?

Некоторые считают, что в этот момент в игру вступает Бог. Что именно Бог создал энергию и пространство. Большой взрыв — это момент Творения. Но наука утверждает иное.

Я рос в Англии. Годы после Второй мировой войны были временем самоограничений. Нам говорили, что за все надо платить. Но спустя много лет научной деятельности я могу сказать, что на самом деле можно бесплатно получить целую Вселенную.

Главной тайной Большого взрыва остается вопрос: каким образом вся фантастически огромная Вселенная пространства и энергии могла материализоваться из ничего?

Секрет кроется в одном очень странном космическом явлении. Законы физики требуют существования того, что называется «отрицательной энергией».

Чтобы помочь вам вникнуть в эту странную, но важную идею, позвольте провести простую аналогию

Представьте человека, который хочет сделать холм на ровном месте. Холм — это Вселенная.

Для реализации своего замысла нашему человеку нужно выкопать яму в земле и использовать почву для насыпки холма. То есть он создает не только холм — он создает еще и яму, по сути — отрицательную версию холма.

Вещество, которое было в яме, теперь находится в холме, так что все идеально уравновешено. Точно такой же принцип лежит в основе создания Вселенной.

Когда Большой взрыв произвел огромное количество положительной энергии, он одновременно произвел такое же количество отрицательной энергии. Таким образом, отрицательная и положительная энергия в сумме дают ноль — как обычно. Очередной закон природы.

В третьем ингредиенте нашего космического кулинарного рецепта — в пространстве. Может показаться странным, но, согласно законам природы, имеющим отношение к гравитации и динамике — одним из древнейших научных законов, — пространство является огромным хранилищем отрицательной энергии. Достаточной, чтобы все уравновесить и свести к нулю.

Я понимаю, что, если вы не сильны в математике, в это трудно поверить, но это правда.

Безграничная сеть миллиардов и миллиардов галактик, между которыми действуют силы взаимного тяготения, ведет себя как гигантский накопитель.

Вселенная похожа на огромный аккумулятор, хранящий отрицательную энергию. Положительная сторона вещей — масса и энергия, которую мы знаем сегодня, — это холм. Соответствующая яма, или отрицательная сторона вещей, находится в пространстве.

Но что это значит для нашего стремления выяснить, есть ли Бог? Это значит, что если Вселенная сводится к нулю, то для ее создания Бог не нужен. Вселенная — идеальный бесплатный ланч.

Поскольку мы знаем, что сумма положительного и отрицательного дает ноль, остается лишь выяснить, что — или, осмелюсь сказать, кто — запустило весь этот процесс.

Подробности по теме

Физик МФТИ — о самой выдающейся теории Стивена Хокинга для астрофизиков

Физик МФТИ — о самой выдающейся теории Стивена Хокинга для астрофизиков

Поначалу это кажется непостижимой загадкой — в конце концов, в повседневной жизни вещи не возникают сами по себе. Нельзя щелкнуть пальцами и получить чашечку кофе, когда вам этого хочется.

Кофе надо приготовить из разных компонентов: из кофейных зерен, воды — возможно, даже добавить молока и сахара. Но давайте отправимся в глубину этой кофейной чашки — сквозь частицы молока доберемся до атомов и попадем на субатомарный уровень.

Мы окажемся в мире, где вполне реален этот фокус: здесь все может создаваться из ничего. По крайней мере, на некоторое время. Дело в том, что на этом уровне такие частицы, как протоны, ведут себя согласно законам природы, которые мы называем квантовой механикой.

И они действительно могут возникать случайно, соединяться на время, а потом исчезать снова, чтобы появиться где-то в другом месте.

Поскольку мы знаем, что Вселенная изначально была очень мала — возможно, даже меньше протона, — это приводит нас к одному примечательному выводу.

Вселенная при всей своей головокружительной величине и сложности могла просто внезапно начать существование, не нарушая при этом законов природы.

И с этого момента в процессе выброса гигантского количества энергии пространство начало расширяться и становиться местом для хранения всей отрицательной энергии, необходимой для подведения сальдо.

Может быть, Бог создал законы квантовой физики, которые допустили Большой взрыв?

Короче, нужен ли Бог для того, чтобы произошел Большой взрыв? Не имею ни малейшего желания оскорблять чувства верующих, но, на мой взгляд, у науки есть более убедительное объяснение, чем наличие божественного Творца.

Повседневный опыт подсказывает, что все происходящее возникает из-за того, что случилось раньше во времени, поэтому нам естественно думать, что нечто — возможно, Бог — должно было стать причиной начала существования Вселенной. Но если говорить о Вселенной в целом, это не обязательно. Представьте ручей, бегущий по горному склону.

Что является причиной ручья? Ну, допустим, раньше в горах прошли дожди. А что стало причиной дождей? Хороший ответ — солнце светит над океаном, влага испаряется, и в небе образуются облака.

Прекрасно, а что является причиной солнечного света? Если заглянуть внутрь Солнца, мы увидим процесс, который называется синтезом, во время которого атомы водорода соединяются, образуя гелий, и выделяется огромное количество энергии. Пока все хорошо. А откуда взялся водород? Ответ: от Большого взрыва. И вот тут принципиальный момент.

Законы природы не только говорят, что Вселенная может внезапно возникнуть без посторонней помощи, как протон, но и не исключают того, что у Большого взрыва вообще не было причины. Никакой.

Это объяснение опирается на теории Эйнштейна и его идею о том, что пространство и время во Вселенной имеют фундаментальную взаимосвязь.

В момент Большого взрыва произошло нечто очень интересное. Началось само Время.

Подробности по теме

Стивен Хокинг — о Галилее, Эйнштейне и Ньютоне

Стивен Хокинг — о Галилее, Эйнштейне и Ньютоне

Чтобы понять эту ошеломительную идею, представьте себе черную дыру, плывущую в пространстве. Типичная черная дыра — это звезда, масса которой столь велика, что она обрушивается внутрь себя.

Она настолько массивна, что даже свет не может преодолеть силу ее гравитации, вот почему она почти идеально черная. Гравитационное притяжение настолько сильное, что оно искривляет и искажает не только свет, но и время. Чтобы это понять, представьте часы, которые затягивает в эту дыру.

По мере того как часы приближаются к черной дыре, они начинают идти все медленнее и медленнее.

Время начинает замедляться. И вот часы оказались в черной дыре — предположим, они смогут выдержать невероятную силу гравитации. И что же? Они совсем остановятся. И остановятся не потому, что сломались, а потому, что внутри черной дыры времени не существует. Именно так было при рождении Вселенной.

Роль, которую играло время при рождении Вселенной, на мой взгляд, является ключевым фактором для отказа от необходимости иметь великого Создателя и для понимания того, как Вселенная создала сама себя.

По мере путешествия во времени к моменту Большого взрыва Вселенная будет становиться все меньше и меньше — пока не достигнет точки, в которой превратится в пространство настолько малое, что станет, по сути, одной, бесконечно малой, бесконечно плотной черной дырой. И так же, как в современных черных дырах, существующих в пространстве, законы природы в ней будут действовать весьма своеобразно. Согласно этим законам, время там должно остановиться.

Нельзя продвинуться во времени до начала Большого взрыва, потому что до Большого взрыва времени просто не существовало.

Наконец мы обнаружили то, у чего нет причины, потому что нет времени, в котором могла возникнуть эта причина. Для меня это означает, что нет возможности существования Творца, потому что нет времени, в котором этот Творец мог бы существовать.

Люди хотят получить ответы на серьезные вопросы — например, почему мы здесь. Никто не ждет, что ответ будет простым, поэтому все готовы приложить к нему некоторые усилия.

Когда меня спрашивают, создал ли Вселенную Бог, я говорю, что этот вопрос не имеет смысла. До Большого взрыва времени не существовало, поэтому у Бога не было времени для ее создания. Это все равно что спросить, как пройти на край Земли.

Земля — сфера, у которой нет края, поэтому искать его бессмысленно.

Издатель «Бомбора», Москва, 2019

Источник: https://daily.afisha.ru/brain/11222-chto-bylo-do-bolshogo-vzryva-otnositelno-prostoe-obyasnenie-stivena-hokinga/

Пять популярных теорий Стивена Хокинга

Три урока Стивена Хокинга

8 января 1942 года, через 300 лет после смерти Галилея, в британском Оксфорде родился Стивен Уильям Хокинг. Примерно 200 тысяч других детей также появились на свет в тот день, но только один стал величайшим физиком-теоретиком и космологом. В начале 1960-х у Хокинга стали проявляться признаки бокового амиотрофического склероза (болезнь Лу Герига), которые привели к параличу.

«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 сжимать? 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 землянами 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.

Источник: https://nlo-mir.ru/chelovek/25847-pjat-populjarnyh-teorij-stivena-hokinga.html

Научное наследие Стивена Хокинга

Три урока Стивена Хокинга

Стивен Хокинг ушёл от нас в середине марта 2018 в возрасте 76 лет. О нём написано уже множество статей, не исключая и мои недавние работы: Начав писать упомянутые статьи, я наткнулся на следующий материал, написанный мною несколько лет назад, где описывается научное наследие Стивена Хокинга.

Её у меня затребовал один журнал, когда Хокинг заболел, и все думали, что он умрёт – такое было уже не в первый раз, и каждый раз все ошибались. Уверен, что статью эту так и не выпустили, так что вот она!
Стивен Хокинг – редкий пример учёного, одновременно являющегося знаменитостью и культурным феноменом.

Однако он ещё и редкий пример культурного феномена с заслуженной славой. Его вклады можно охарактеризовать очень просто: Хокинг сделал больше вкладов в наше понимание гравитации, чем любой физик со времён Альберта Эйнштейна. И слово «гравитация» тут очень важно.

Большую часть карьеры Хокинга физики-теоретики в целом больше интересовались физикой частиц и другими силами природы – электромагнетизмом и сильным и слабым ядерными взаимодействиями.

«Классическая» гравитация, игнорировавшая сложности квантовой механики, была полностью описана Эйнштейном в его общей теории относительности, а «квантовая» гравитация (квантовая версия общей теории относительности) казалась слишком сложной.

Применив свой поразительный интеллект к наиболее хорошо известной силе природы, Хокинг смог выдать несколько результатов, очень удививших всё сообщество. Без сомнения, самым главным результатом работы Хокинга стало понимание того, что чёрные дыры черны не полностью – они излучают, как и обычные объекты. До этой работы он доказал важные теоремы по поводу ЧД и сингулярностей, а после – изучал Вселенную в целом. В каждой фазе карьеры он делал те или иные ключевые вклады в науку.

Классический период

Работая над докторской диссертацией в Кембридже в середине 1960-х, Хокинг стал интересоваться вопросами происхождения и итоговой судьбы Вселенной. Подходящим инструментом для исследований этой проблемы была ОТО, теория Эйнштейна, описывающая пространство, время и гравитацию.

Согласно ОТО, то, что мы ощущаем, как гравитацию, является отражением кривизны пространства-времени. Понимая, как кривизна создаётся материей и энергией, мы можем предсказать эволюцию Вселенной.

Об этом можно говорить, как о «классическом» периоде Хокинга, чтобы противопоставить классическую ОТО и его более поздние исследования в области квантовой теории поля и квантовой гравитации.

Примерно в то же время Роджер Пенроуз из Оксфорда провёл примечательное доказательство: согласно ОТО, при очень широком спектре условий, пространство и время обрушатся внутрь себя и сформируют сингулярность. Если гравитация – это кривизна пространства-времени, то сингулярность – это такой момент времени, в который эта кривизна становится бесконечно большой.

Теорема показала, что сингулярности не были просто какими-то диковинками; они являются важным свойством ОТО. Результат Пенроуза применили к чёрным дырам – участкам пространства-времени, в которых гравитационное поле оказывается настолько сильным, что оттуда не может убежать даже свет. Внутри чёрной дыры в будущем таится сингулярность.

Хокинг взял идею Пенроуза и вывернул её наизнанку, направив в прошлое Вселенной. Он показал, что при таких же общих условиях пространство должно было появиться из сингулярности: Большого взрыва.

Современные космологи говорят (и запутывают всех) как о модели Большого взрыва, которая является очень успешной теорией, описывающей эволюцию расширяющейся Вселенной за миллиарды лет, так и о сингулярности Большого взрыва, пониманием которой мы пока не можем похвастаться. Затем Хокинг обратил своё внимание на чёрные дыры.

Ещё одним интересным результатом расчётов Пенроуза стало то, что из вращающейся чёрной дыры можно извлечь энергию, по сути, добывая энергию из её вращения, пока она не остановится. Хокинг сумел показать, что, хотя и возможно извлечь энергию, область горизонта событий, окружающего ЧД, в любых физических процессах будет увеличиваться.

Эта «теорема площади» была важной как сама по себе, так и в отношении совершенно другой области физики: термодинамики, изучающей передачу тепла.

Термодинамика подчиняется набору знаменитых законов. К примеру, первый закон говорит о том, что энергия сохраняется, а второй, что энтропия – мера беспорядка Вселенной – у замкнутой системы никогда не уменьшается. Работая с Джеймсом Бардином и Брэндоном Картером, Хокинг предложил набор законов «механики чёрных дыр», аналогичных термодинамике. Как и в термодинамике, первый закон механики ЧД гарантирует сохранение энергии. Второй закон – теорема площади Хокинга, говорит о том, что площадь горизонта событий никогда не уменьшается. Иначе говоря, площадь горизонта событий ЧД очень похожа на энтропию термодинамической системы – со временем они увеличиваются.

Испарение чёрных дыр

Хокинг и его коллеги по праву гордились законами механики ЧД, но они считали их просто формальной аналогией, а не буквальной связью гравитации и термодинамики. В 1972 году выпускник Принстонского университета, Яаков Бекенштейн, предположил, что здесь кроется нечто большее.

На базе гениальных мысленных экспериментов он предположил, что поведение ЧД не просто похоже на термодинамику, это термодинамика и есть. В частности, у ЧД есть энтропия. Как многие смелые идеи, эта идея встретила сопротивление экспертов – а в тот момент мировым экспертом по ЧД был Стивен Хокинг. Хокинг скептически отнёсся к ней, и не зря.

Если бы механика ЧД оказалась формой термодинамики, это означало бы, что у ЧД есть температура. А объекты, обладающие температурой, излучают – знаменитое «излучение чёрного тела», игравшее центральную роль в разработке квантовой механики.

Так что, если Бекенштейн был прав, это означало бы, что ЧД на самом деле не чёрные (хотя сам Бекенштейн так далеко в своих утверждениях не заходил).

Чтобы серьёзно подойти к этой проблеме, необходимо расширить внимание за пределы самой ОТО, поскольку теория Эйнштейна чисто «классическая» – она не включает в себя идеи квантовой механики.

Хокинг знал, что русские физики Алексей Старобинский и Яков Зельдович занимались изучением квантовых эффектов вблизи чёрных дыр и предсказали такой эффект, как «суперизлучение».

Точно так же, как Пенроуз показал, что из вращающейся чёрной дыры можно извлечь энергию, Старобинский и Зельдович показали, что вращающиеся чёрные дыры могут спонтанно испускать излучение благодаря эффектам квантовой механики. Хокинг не был экспертом по техникам квантовой теории поля, поскольку в то время в этой области разбирались специалисты по физике частиц, а не по ОТО. Но он быстро учился, и набросился на сложную задачу понимания квантовых аспектов ЧД, чтобы найти ошибку у Бекенштейна.

Вместо этого он удивил сам себя и в процессе перевернул теоретическую физику с ног на голову. Он обнаружил, что Бекенштейн был прав – у ЧД имеется энтропия – и что невероятные следствия этой идеи также были верны – чёрные дыры не полностью чёрные. Сегодня мы называем это свойство ЧД «энтропией Бекенштейна-Хокинга», и они испускают «излучение Хокинга» при их «температуре Хокинга». «На пальцах» можно понять излучение Хокинга следующим образом. Квантовая механика говорит (кроме прочего), что систему нельзя насильно привести к определённому классическому состоянию; всегда существует внутренняя неопределённость в том, что вы увидите, взглянув на неё. Это верно даже для пустого пространства – если смотреть достаточно пристально, то, что казалось пустым пространством, окажется наполненным «виртуальными частицами», постоянно возникающими и исчезающими. Хокинг показал, что вблизи ЧД пара виртуальных частиц может разлучиться, и одна из них упадёт в ЧД, а другая убежит в качестве излучения. Удивительно, что с точки зрения внешнего наблюдателя падающая внутрь частица будет обладать отрицательной энергией. В результате излучение постепенно забирает массу у ЧД – и та испаряется. Результат Хокинга оказал очевидное и выдающееся влияние на наше понимание ЧД. Вместо того, чтобы стать космическим тупиком, в котором материя и энергия навсегда исчезают, они оказались динамическими объектами, которые рано или поздно полностью исчезнут. Что более важно для теоретической физики, это открытие подняло вопрос, на который у нас до сих пор нет ответа: когда материя падает в ЧД, а затем ЧД полностью исчезает, куда девается информация? Если взять энциклопедию и бросить её в огонь, вы можете посчитать, что содержащаяся в ней информация исчезла навсегда. Но по законам квантовой механики она никуда не пропадала; если бы вы смогли уловить все частички света и пепла, появившиеся из огня, в принципе можно было бы в точности воссоздать всё, что попало в огонь – даже страницы книги. Но ЧД, если принять результат Хокинга, как есть, полностью уничтожают информацию – по крайней мере, с точки зрения внешнего мира. Эта загадка называется «информационным парадоксом», и она мучает физиков уже несколько десятилетий. В последние годы прогресс в понимании квантовой гравитации (на уровне мысленных экспериментов) убеждает всё большее количество людей, что информация сохраняется. В 1997 году Хокинг поспорил с американскими физиками Кипом Торном и Джоном Прескилом; Хокинг и Торн говорили, что информация уничтожается, Прескил говорил, что информация сохраняется. В 2007 Хокинг уступил, и признал, что ЧД на самом деле не уничтожают информацию. Однако Торн не сдался, да и сам Прескил считает, что этот вывод был преждевременным. Излучение и энтропия ЧД остаются центральными направлениями поисков на пути улучшения понимания квантовой гравитации.

Квантовая космология

Работа Хокинга над излучением ЧД основывалась на смеси квантовых и классических идей. В его модели ЧД оценивается с классической точки зрения, по правилам ОТО. При этом виртуальные частицы вблизи ЧД оцениваются по правилам квантовой механики.

Конечная цель многих физиков-теоретиков – построить истинную теорию квантовой гравитации, в которой само пространство-время было бы частью квантовой системы. И если есть место, в котором квантовая механика и гравитация играют важнейшую роль, так это начало Вселенной.

И именно этому вопросу, что неудивительно, Хокинг посветил последнюю часть своей карьеры. И этим он утвердил план работ по амбициозному физическому проекту понимания истоков возникновения Вселенной.

В квантовой механике у системы нет местоположения или скорости; её состояние описывается «волновой функцией», которая сообщает нам вероятность того, при измерении системы мы получим определённое местоположение или скорость. В 1983 году Хокинг и Джеймс Хартл опубликовали работу под простым названием: «Волновая функция Вселенной».

Они предложили простую процедуру, исходя из которой – в принципе! – можно было бы подсчитать состояние всей Вселенной. Нам неизвестно, является ли волновая функция Хартла-Хокинга на самом деле правильным описанием Вселенной. Поскольку у нас нет полной теории квантовой гравитации, мы даже не знаем, осмыслена ли такая процедура.

Но их работа показала, что можно говорить о самом начале существования Вселенной в научных терминах. Изучение истоков Вселенной предлагает возможности объединения квантовой гравитации с наблюдаемыми особенностями Вселенной.

Космологи считают, крохотные изменения плотности материи с самых ранних времён постепенно выросли в распределение звёзд и галактик, наблюдаемых нами сегодня. Полная теория происхождения Вселенной могла бы предсказать эти изменения, и выполнение этой программы является одним из основных занятий современных физиков.

Хокинг сделал несколько вкладов в эту программу, как со стороны своей волновой функции Вселенной, так и в контексте модели «инфляционной Вселенной», предложенной Аланом Гутом.
Просто рассуждать о происхождении Вселенной – действие провокационное.

Из него вытекает надежда на то, что наука сможет предоставить полное и самодостаточное описание реальности – а такая надежда выходит за рамки науки и оказывается в области философии и теологии. Хокинг, всегда любивший провокации, никогда не стеснялся таких последствий. Ему нравилось вспоминать конференцию по космологии, проходившую в Ватикане, на которой папа Иоанн Павел II якобы попросил собравшихся учёных не углубляться в происхождение Вселенной, «поскольку это был момент творения, и, следовательно, дело рук Бога». Но подобные предупреждения никогда не останавливали Хокинга; он жил свою жизнь в неустанном поиске ответов на самые фундаментальные из научных вопросов.

  • Стивен Хокинг
  • чёрные дыры
  • эволюция вселенной

Источник: https://habr.com/post/412155/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.