Стивен Хокинг: открытия, которые сделали его известным

Stephen Hawking artwork Копірайт зображення SPL

Профессор Хокинг умер в возрасте 76 лет. Физик-теоретик из Кембриджа был одним из самых известных ученых в мире. Но какие именно открытия он сделал?

Свою славу среди исследователей он получил благодаря серии работ, в которых соединил выдающуюся теорию тяготения и относительности Альберта Эйнштейна со странным миром квантовой механики, которую обычно применяют к таким крошечным вещам как атомы и молекулы.

А закончилось все описанием черных дыр, которые могут сами себя выпарить, и уравнениями, которые описывают всю историю развития Вселенной.


Самые важные открытия Хокинга

  • С Оксфордским математиком Роджером Пенроузом он доказал, что если Большой взрыв действительно произошел, он должен был начаться с бесконечно маленькой точки - сингулярности
  • Черные дыры излучают энергию, известную как излучение Хокинга, и постепенно теряют массу. Это связано с квантовыми эффектами у края черной дыры - области, которая называется горизонтом события
  • Он предсказал наличие маленьких черных дыр во время Большого взрыва. Эти крошечные черные дыры должны быть невероятно горячими, и терять массу до тех пор, пока они не исчезли - потенциально закончив свое существование взрывом, во время которого высвобождается огромное количество энергии
  • В 70-х годах Хокинг изучал, исчезают ли частицы и свет, попадающие в черные дыры окончательно, когда черная дыра испаряется. Он сначала считал, что эта "информация" исчезает из Вселенной. Но американский физик Сасскинд с этим не согласился. Эти идеи назвали информационным парадоксом. В 2004 году Хокинг признал, что информация все же должна сохраняться.
  • С физиком Джеймсом Хартли он пытался описать историю космоса в одном математическом выражении под названием "Волновая функция Вселенной". Но квантовая теория показывает, что различия между пространством и временем нечеткие. Поэтому оказалось, что вопрос о том, что было до Большого взрыва, не имеет большого смысла.

Одержимость черными дырами

Первые попытки научных публикаций Хокинг сделал в 1960-х годах, когда был студентом и имел лишь первые симптомы болезни моторных нейронов, оказавшей огромное влияние на его жизнь.

С Оксфордским математиком Роджером Пенроузом он доказал, что если Большой взрыв произошел, он должен был начаться с бесконечно маленькой точки, на языке физики - "сингулярности".

В то время, когда в небе только обнаружили реликтовое излучение Большого взрыва (или микроволновое фоновое излучение), другие космологи надеялись на что-то менее радикальное, чем концепция целой Вселенной, образовавшейся из ничего.

Вместе Хокинг и Пенроуз доказали, что надежды на более мягкие объяснения были бесполезным делом.

Уничтожение черных дыр

Следующее стремление Хокинга в 1970-х годах заключалась в том, чтобы показать, что черные дыры вообще-то не черные, а на самом деле, как говорит название одной статьи, "слепяще белые".

Черные дыры - главный "монстр" общей теории относительности. Впервые определенные и названные Джоном Уилером, они представляют собой настолько плотные области космоса, что все в их пределах уменьшается до одной точки - еще одни пример сингулярности.

В то время казалось смешным, что эти монстры гравитации могут иметь какое-то отношение к деликатной теории квантовой механики, объясняющей свет и орбиты электронов в атомах.

Но Хокинг доказал, что это не так. Фактически, квантовая теория полностью меняет судьбу черных дыр.

На своих краях, как показал Стивен Хокинг, благодаря этим законам черные дыры создавали и излучали новые частицы, теряя при этом энергию и, следовательно, теряя массу (вспомните уравнения Эйнштейна E = mc²).

Для того, чтобы черная дыра испарилась таким образом, понадобилось бы очень много времени. Но в конце Хокинг пришел к выводу, что их исчезновение происходит с выбросом энергии, эквивалентным миллиону мегатонн водородных бомб.

Когда в швейцарско-французской сельской местности в окрестностях Женевы открыли Большой адронный коллайдер, была надежда, что ускоритель частиц может создать микроскопические черные дыры и, таким образом, доказать идеи Хокинга.

Нобелевская премия тогда была бы ему обеспечена. Но пока ВАК этого не сделал.

Объяснение для Вселенной

После изучения отдельных черных дыр Хокинг обратил внимание на Вселенную в целом - окончательный, неизбежный гравитационный контейнер.

Законы квантовой науки здесь применяются так же, как к черным дырам, исчезает, особенно в первый момент Большого взрыва.

Копірайт зображення SPL
Image caption Вместе с Роджером Пенроузом Хокинг показал, что Большой взрыв должен был начаться с бесконечно малой точки

Пока другие исследователи пытались изобразить короткий момент в жизни молекулы, используя квантовые законы, Хокинг показал, что можно вместить всю историю целой Вселенной в едином математическом выражении - "Волновой функции Вселенной", как он его назвал.

Поскольку выражение является самодостаточным - оно начинается с одной сингулярности в начале времени и заканчивается другой в конце времени, и при необходимости история может двигаться взад-вперед между этими двумя точками.

Нет необходимости и в целом смысла, спрашивать, что было до Большого взрыва. Эта Вселенная объяснит себя сама собой.

Он не всегда был прав

Стивен Хокинг продолжал работать над выводами этой теории до конца своей жизни.

Знать, что такое математическое описание может существовать - это одно; а знать, какое выражение является правильным - гораздо более сложная задача.

Разум Стивена Хокинга не был всепобеждающей силой - как и любой ученый, он время от времени ошибался, и часто должен был признавать поражение в интеллектуальном поединке.

Мы знаем об этом в частности из-за его склонности заключать странные пари относительно спорных вопросов - например, на годовую подписку журнала Playboy против подписки на журнал Private Eye.

Именно так он поспорил в 2004 году со специалистом в области вычислительных систем Джоном Прескиллом, который доказал, что черные дыры не уничтожали полностью информацию во Вселенной.

Хокинг признал, что черные дыры могли хранить информацию о своем прошлом, определенным образом закодированную на их краях - так называемом горизонте событий.

Человек более широких горизонтов

Многих исследователей раздражала легкость, с которой Хокинг завоевывал популярность, часто затмевая другие таланты с не менее удивительными или незаурядными идеями.

Его работы, как правило, находились на грани математической науки, и стали еще одним шагом на пути, по которому он решил идти в студенческие дни. В то же время они не всегда были близки к центральным научных проблемам его времени.

Тем не менее, его незаурядный научный энтузиазм, преодолевающий ограничения больного тела и способность привлечь внимание широкой общественности к сложным научным вопросам никто не сможет оспорить.

Следите за нашими новостями в Twitter и Telegram.

Новости по теме