Его вселенная: пять главных теорий Стивена Хокинга
Стивен Хокинг родился в Оксфорде в 1942 году. В 20 лет он окончил Оксфордский университет, затем получил докторскую степень Кембриджского университета. Теоретик изучал возникновение мира в результате Большого взрыва, теорию черных дыр, написал «Краткую историю времени», «Черные дыры и молодые вселенные», «Мир в ореховой скорлупке».
Физику поставили в диагноз боковой амиотрофический склероз, через некоторое время его парализовало, но Хокинг не оставлял занятия наукой, когда он перестал говорить, то общался через компьютерный синтезатор речи.
В апреле 1988 года вышла книга Хокинга «Краткая история времени», которая сразу же стала бестселлером, в ней ученый занимается популяризацией науки, детально рассказывает о появлении Вселенной, природе пространства и времени, черных дырах (кстати, одна из них встречается в знаменитой формуле E=mc²
Теория Хокинга предполагает, что у Вселенной в какой-то момент было начало, которое получило название «большой взрыв»: «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», — отмечал ученый.
Хокинг говорил, что одной из следствий квантовой механики, которая изучает состояния микрочастиц и их систем (элементарных частиц, атомов, молекул, кристаллов, атомных ядер), является то, что прошлые события не происходили по определенному сценарию. Они случались всеми возможными способами. «Независимо от того, какие воспоминания вы храните о прошлом в настоящее время, прошлое, как и будущее, неопределённо и существует в виде спектра возможностей», — писал Стивен Хокинг.
Излучение Хокинга. Это процесс «испарения» черных дыр, который был предсказен Хокингом в 1974 году: «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».
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.
Позже Хокинг обнаружил и механизм, посредством которого черные дыры могут излучать радиацию. Он пояснил, что с точки зрения квантовой механики пространство наполнено виртуальными частицами.
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.
Источник
Гипотезы возникновения Вселенной Стивена Хокинга способствовали популяризации науки
Гипотезы возникновения Вселенной известного ученого Стивена Хокинга во многом способствовали популяризации науки во всем мире. Физик сумел простым языком донести до человечества самые сложные теории. Кроме того, ученый интересовался космосом, и полагал, что заселение землянами других планет станет неизбежностью в будущем.
Теории возникновения Вселенной физика Стивена Хокинга
В начале 1980-х годов Стивен Хокинг побывал на конференции в Ватикане, посвященной космологии. После нее состоялась аудиенция Папы Римского, который указал на то, что ученые могут свободно изучать развитие Вселенной, однако только после большого взрыва. Он отметил, что большой взрыв можно считать моментом ее творения Богом.
Впоследствии Хокинг поделился, что очень обрадовался, что Папа Римский не ознакомился с темой лекции, прочтенной физиком. Дело в том, что одна из гипотез Хогинга базируется на том, что у Вселенной не было начала, как и момента творения.
Хокинг считал, что при движении назад во времени, можно дойти до сингулярности большого взрыва, не подчиняющейся каким-либо физическим законам. Однако существует иное направление движения во времени, позволяющее избежать сингулярности, являющейся либо началом, либо концом времени.
Физик утверждал, что наличие начала у Вселенной подтвердило бы и наличие некого создателя. Однако Хокинг указывал на то, что Вселенная самодостаточна, безгранична, поэтому не была создана, и не может быть уничтожена.
Гипотезы ученого Стивена Хокинга
Стивену Хокингу удалось доказать, что Вселенная не вечна и с течением времени претерпевает изменения. Он указал на то, что в свете от других галактик существует смещение в сторону части спектра красного цвета. Из этого можно сделать вывод, что далекие галактики еще больше отдаляются, так как Вселенная расширяется.
Статичная, неизменная и вечная Вселенная, безусловно, представляется гораздо больше привлекательной, ведь она может существовать вечно. Однако гипотеза о расширении Вселенной позволяет сделать предположение, что у нее все же было начало. Момент возникновения Вселенной назвали большим взрывом.
По теории Хокинга, умирающая звезда, которая сжимается под действием своей гравитации, в итоге, преобразуется в сингулярность (некую точку, которую характеризует бесконечная плотности, а также нулевой размер). Если предположить, что сжатие превратилось в расширение, то можно доказать наличие начала у Вселенной. Но доказательство, которые базируются на теории относительности Альберта Эйнштейна, свидетельствуют, что возникновение Вселенной с точностью определить не представляется возможным, так как теории не действуют в этот момент.
Гибель человечества в будущем
Стивен Хокинг думал о том, что Вселенная может прекратить расширение, и станет, напротив, сжиматься. В конечном итоге он пришел к выводу, что у Вселенной есть несколько путей в будущем. В частности, она может расширяться вечно либо начнет сжиматься, что закончит ее существование.
Ученый больше склонялся к второму варианту развития событий, но произойдет это через много биллионов лет. Он полагал, что спасение человечества в таком случае будет в переселении. Кроме того, гибель землян может произойти из-за перенаселения планеты, а также воздействия высоких температур.
По мнению Хокинга, встреча с внеземной цивилизацией, в особенности, если ее технологии будут превосходить земные, будет скорее губительна. Он утверждал, что в подобной ситуации жителей Земли ожидает участь коренного населения Америки после открытия континента Колумбом.
Источник
О Боге, Вселенной и времени: Какие тайны разгадал Стивен Хокинг
Существует ли Бог? Как возникла Вселенная? Что такое время? Это настолько пугающие вопросы, что большинство обычных людей стараются даже не думать об этом. Гениальный ученый Стивен Хокинг не только нашел ответы, но и рассказал о них языком, доступным каждому.
По собственному признанию Стивена Хокинга, в детстве он не отличался успехами в учебе. Однако уже тогда он задавался важными вопросами — настолько пугающими и, казалось бы, не имеющими ответов, — что большинство обычных людей стараются просто не думать на такие темы. В своей небольшой книге «Краткие ответы на большие вопросы» Хокинг поделился с читателями своими последними идеями — как научными, так и личного характера. Он скончался в марте этого года в возрасте 76 лет, но перед этим доступным и понятным языком объяснил абстрактные понятия, составляющие предмет космологии и теоретической физики.
Кроме того, в этой полной юмора книге Хокинг рассказал о своей жизни, поведав, как из не подающего больших надежд студента он превратился в ученого с мировым именем — достижение, значимость которого является особенно высокой с учетом того, что еще до достижения тридцатилетия у Хокинга было диагностировано прогрессирующее заболевание центральной нервной системы, боковой амиотрофический склероз.
Врачи считали, что жить ему осталось недолго. Этот ранний смертный приговор выработал у Хокинга удивительный вкус к жизни и осознание ценности каждого прожитого момента.
«После того, как мои ожидания свелись к нулю, каждый новый день стал для меня подарком, и я начал ценить все, что имею, — объясняет он. — Пока я живу, я надеюсь».
Дорожа каждым прожитым мигом и не веря в загробную жизнь, Хокинг постоянно изучал Вселенную силой своего разума и используя достижения науки. Он полагал, что ему отведено на это не так много времени, и не терял его понапрасну.
Так давайте храбро отправится туда, куда нас вел Стивен Хокинг, и попробуем ответить на самый главный из всех вопросов, волновавший умы мистиков, философов, художников, ученых и писателей все то время, что существует человечество: существует ли Бог?
Законы науки и Бог
Хокинг не был религиозным человеком. Он не верил в Бога. Он верил в законы науки. Однако он дал научное определение Бога и утверждал, что мы можем познать «божественный разум», поскольку «понимание божественного разума — это понимание законов природы».
«Я предсказываю, что к концу этого столетия мы познаем божественный разум», — писал он.
Хокинг соглашался с тем, что Бога можно определить, как «законы природы», однако считал это не доказательством существования Бога, а просто описанием безличной высшей сущности, которая не влияет на жизнь человека и не судит нас. «Я ничего не имею против Бога, — писал он, — и не хочу, чтобы мою работу воспринимали как попытку доказать или опровергнуть его существование. Моя работа состоит в том, чтобы найти рациональное объяснение того, как все вокруг нас устроено».
Именно этим Хокинг и занимается в своей книге, объясняя, как организована Вселенная и каким образом она сама себя создала.
Масса и пространство
Хотя Вселенная и сложна, она состоит всего из трех компонентов — материи, энергии и пространства. А если воспринимать материю, или массу — пыль, камни, лед и жидкости — как форму энергии, что доказал Альберт Эйнштейн в своем уравнении E=mc2, то получается, что Вселенная состоит всего из двух основных компонентов — энергии и пространства.
Есть вещество — масса или материя, и есть то, что содержит в себе это вещество и окружает нас — пространство. Уравнение Эйнштейна, в котором сказано, что энергия объекта равна его массе, умноженной на квадрат скорости света, по сути, доказывает, что масса и энергия — это одно и то же. Космическая кладовка устроена очень просто, однако из трех (или двух) имеющихся в ней ингредиентов можно приготовить огромное количество блюд.
Хокинг верил в то, что именно это и привело к тому, что Вселенная создала себя сама.
«В момент Большого взрыва возникла вся наша Вселенная, а вместе с ней и пространство. Она раздулась, как большой воздушный шарик», — писал он.
Большой взрыв произвел огромное количество положительной энергии, однако одновременно с этим высвободилось такое же количество отрицательной энергии — мы знаем об этом, потому что Вселенная симметрична. Хокинг объясняет эту симметрию с помощью простой аналогии. Если вы насыпаете холм, то одновременно с этим роете яму, беря землю из одного места, чтобы переместить ее в другое. То же самое происходит и в случае с положительной и отрицательной энергией. Согласно законам природа, сумма всегда должна равняться нулю.
Пространство — это и есть обширное хранилище отрицательной энергии, уравновешивающей положительную энергию материи. Хокинг сравнивал Вселенную с «огромным аккумулятором», в котором хранится отрицательная энергия.
Отрицательная энергия (яма) распределена по всему пространству, а положительная (холм) — это масса и энергия материального мира, и к ней относятся люди, горы, Земля и многое другое.
Теперь перейдем к более сложным вещам. Для того, чтобы понять, как Вселенная могла создать саму себя из ничего, нам придется обратиться к квантовой механике. На микроуровне энергия действует случайным образом и иногда может на мгновение возникать из ничего. Хокинг называет Вселенную «величайшим бесплатным обедом», поскольку она возникла на микроуровне из ничего, не имея никакой «причины» или «создателя» помимо законов квантовой механики и присущего ей элемента случайности.
До времени
Обычно мы полагаем, что каждое событие или явление возникает благодаря другому явлению, произошедшему раньше. Поэтому можно прийти к выводу, что Вселенную создал Бог. Однако Хокинг предлагал другое объяснение:
«Закон природы говорит нам, что не только Вселенная, подобно протону, могла появиться на свет без чьей-либо помощи, вообще не задействуя какое-либо количество энергии, но и Большой взрыв, возможно, возник из ничего. Из ничего».
Хокинг утверждает, что время появилось именно тогда, когда произошел Большой взрыв. Благодаря Эйнштейну мы знаем, что между временем и пространством существует фундаментальная связь. Поэтому если мы согласимся с тем, что до Большого взрыва не было никакого времени, нам не нужно будет объяснять возникновение Вселенной с помощью фигуры Создателя.
«Мы не можем говорить о времени до Большого взрыва, поскольку до Большого взрыва времени не существовало как такового, — пишет Хокинг. — Мы наконец нашли то, у чего нет предшествующего явления, потому что не было времени, в котором это явление могло бы существовать».
По словам Хокинга, бессмысленно спрашивать о том, что было до Большого взрыва, так как тогда вообще не было такой вещи, как время. Это вопрос, на который нет и не может быть ответа. Все равно, что спросить: «Что находится к югу от Южного полюса?»
Если концепция времени существует только в нашей Вселенной, а Вселенная возникла самопроизвольно на микроскопическом уровне, создав при этом время, то мы в принципе не можем говорить о том, что было «раньше». Время появилось как результат Большого взрыва.
Конец истории
После Большого взрыва, создавшего время, Вселенная начала быстро расширяться. Мы знаем об этом, поскольку можем изучить начало Вселенной с помощью очень слабых радиоволн, которые дают нам возможность создать своего рода карту прошлого.
В 1960-е годы ученые установили, что Большой взрыв разбросал по Вселенной частицы материи, из которых образовались галактики, а также высвободил огромное количество радиоактивной энергии, которую можно обнаружить в микроволнах. Как объясняют эксперты НАСА, эти волны — являющиеся отголосками Большого взрыва, так называемым «послесвечением» — мы теперь можем измерить.
Температура небесной сферы практически везде одинакова, существуют лишь мельчайшие отклонения (или флуктуации) размером в миллионную долю, которые и позволяют нам узнать о возникновении, эволюции и устройстве Вселенной. Считается, что эти крошечные вариации космического микроволнового излучения отображают различия в плотности материи в начале существования Вселенной, которые привели к формированию галактик и, в конечном итоге, к появлению жизни.
В 1982 году Хокинг предложил теорию, согласно которой квантовые флуктуации — крошечные вариации в распределении материи — могли привести к появлению организованных структур, таких как галактики, звезды, а затем и формы жизни.
Примерно 20 лет спустя космический аппарат НАСА WMAP добыл факты, подтверждающие эту гипотезу, зафиксировав эти слабые флуктуации температуры микроволнового излучения, которые доказывают, что в ранней Вселенной были зоны различной плотности.
Как пишет об этом в своей книге Стивен Хокинг: «WMAP создал удивительную карту флуктуаций температуры распределения микроволнового излучения на небесной сфере — снимок Вселенной, когда она была в сто раз моложе, чем сейчас». На этой карте есть несоответствия, которые доказывают, что некоторые участки Вселенной обладали большей плотностью, чем другие. В этих плотных зонах благодаря гравитации расширение происходило медленнее, и частицы материи сбивались в галактики и звезды. Хокинг назвал эту карту «чертежом всей структуры Вселенной», а человечество — «продуктом квантовых флуктуаций очень ранней Вселенной».
Одно из последних предсказаний Хокинга заключается в том, что, в конечном итоге, гравитационное притяжение всей материи полностью остановит расширение Вселенной и произойдет Большое сжатие. В результате гравитации галактики будут притягиваться друг к другу и, в итоге, сожмутся в одну.
У Хокинга был и другой прогноз относительно будущего Вселенной, тоже не слишком оптимистичный. Согласно этой гипотезе, если плотность Вселенной упадет ниже критического значения и гравитационное притяжение станет слишком слабым, галактики продолжат удаляться друг от друга, и космос будет становиться все более пустым и холодным по мере выгорания звезд.
В любом случае, через сжатие или расширение, по мнению Хокинга, Вселенная когда-нибудь перестанет существовать. Где было начало, там будет и конец. Однако сильно переживать не стоит, до конца истории остаются еще миллиарды лет.
А пока что не стоит растрачивать попусту отведенное нам время. «Будьте смелыми, будьте любознательными, будьте целеустремленными, преодолевайте трудности. Все осуществимо, — писал Хокинг. — Все мы путешественники во времени, вместе направляющиеся в будущее. Так давайте сделаем это будущее тем местом, которое нам захочется посетить».
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Не только лайфстайл и крипта, но и много эксклюзивных историй, полезных материалов и красивых фото.
Источник