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
Стивен Хокинг — о том, как появилась Вселенная и что было до Большого взрыва
Во время Большого Взрыва все вещество во Вселенной было сжато в невероятно жаркое, бесконечно плотное пятнышко материи. А что было до этого? «Ничего не существовало», — так ответил известный британский популяризатор науки, отвечая на вопросы ведущего программы Star Talk.
По словам Хокинга, согласно теории относительности Эйнштейна, пространство и время формируют пространственно-временной континуум, который деформируется под влиянием массы и энергии.
Идея Хокинга основывается на теории, известной как «безграничная модель». Вселенная постоянно расширяется, а если прокрутить назад, подобно обратной перемотке видеозаписи, она начнет сжиматься. По словам Хокинга, если отмотать достаточно далеко назад (примерно на 13,8 млрд лет), То Вселенная сожмется до размера одного атома.
Сам Хогинг придерживается евклидова подхода к квантовой гравитации, где обычное, реальное время заменяется мнимым временем, которое ведет себя как четвертое направление пространства.
«Согласно евклидовому подходу, история Вселенной в мнимом времени представляет собой искривленную поверхность в четырех измерениях — вроде поверхности Земли», — добавил Хокинг.
Вместе с американским физиком Джеймсом Хартлом, Хокинг сформулировал допущение об отсутствии границ, согласно которому граничное условие Вселенной в том, что у нее отсутствуют границы.
Таким образом, по словам Хокинга, начало Вселенной можно представить в виде Южного полюса Земли — как точку, в которой действуют обычные законы физики. «Нет ничего южнее Южного полюса, не существовало ничего до Большого взрыва», — заключил физик.
Ранее Хокинг в своем описании «безграничной модели» писал: «События до Большого Взрыва не определены просто потому, что невозможно измерить, что происходило. Поскольку события до Большого Взрыва не имеют наблюдаемых последствий, мы можем исключить их из теории».
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
Стивен Хокинг. Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной
– Как появилась Вселенная?
– Почему она именно такая, какой мы ее видим?
– Что ждет Вселенную в будущем?
– Имеет ли Вселенная конец или же она бесконечна?
– Черные дыры, и почему они не так уж черны?
– Как создать теорию, описывающую все во Вселенной?
Семь лекций Стивена Хокинга, в которых он простым языком последовательно объясняет самое интересное, происходившее с нашим миром за всю его историю, от Большого взрыва до черных дыр, прошлое и будущее Вселенной, а также понимание ее человеком.
Первая лекция посвящена истории представления людей о Вселенной.
Вторая повествует о теориях Ньютона и Эйнштейна, доказавших, что Вселенная расширяется.
В третьей лекции объясняется природа самых загадочных объектов космоса – черных дыр.
Четвертая посвящена тому, что черные дыры «не так уж и черны, как их малюют».
Пятая содержит хронологию Большого взрыва и объяснение того, как Вселенная может быть конечной, не имея ни конца, ни края.
Шестая показывает природу и сущность времени и его связи с пространством.
Наконец, в седьмой лекции Стивен Хокинг рассказывает о попытках создать революционную Теорию всего, объединяющую теорию относительности Эйнштейна с квантовой механикой. Ее создание ознаменует триумф человечества, мы сможем заявить, что понимаем эту Вселенную и отныне знаем свое место в ней.
Книга написана простым языком и будет понятна почти каждому. Рекомендуется к прочтению всем, кому интересно устройство нашей Вселенной, и кто, вглядываясь в ночное небо, задавался вопросом, что же скрывается за этой темнотой?
Источник
«О тайнах Вселенной он знал больше любого из нас»: какой вклад в науку внёс Стивен Хокинг
Скучающий в Оксфорде гений
В 17 лет Стивен Хокинг поступил в Университетский колледж Оксфорда, где изучал математику и физику. Учёбу юноша находил до того лёгкой и скучной, что редко открывал учебники. Ему больше нравилось общаться с однокурсниками и читать новинки научной фантастики.
«Курс физики в то время был построен таким образом, что избежать работы было очень несложно. Я сдал один экзамен перед поступлением, а затем лишь выпускные экзамены через три года», — писал Хокинг в автобиографии.
По собственному признанию, за три года учёбы он «по-настоящему проработал около тысячи часов — примерно по часу в день». Университетская программа не казалась Хокингу достойной внимания. Единственным предметом, который молодой физик счёл интересным, была космология. По его словам, только она позволяла ответить на «главный вопрос: откуда появилась Вселенная?»
Поворотный момент
Осенью 1962 года Хокинг продолжил учёбу в Тринити-колледже Кембриджского университета.
В Кембридже он хотел попасть к самому известному британскому астроному того времени, автору теории стационарной Вселенной (альтернативы теории Большого взрыва) Фреду Хойлу. Однако у последнего уже было достаточно студентов, поэтому Хокинга определили в группу физика Денниса Сиама, о котором до того он никогда не слышал.
«Я не соглашался со многими из его идей, но эти споры определённо способствовали созданию моего собственного видения», — признался Хокинг в автобиографии.
Самой привлекательной областью исследования Хокинг счёл космологию, которую фактически тогда не признавали наукой. Учёный был недоволен тем, что космология и общая теория относительности остановились на уровне 1930-х годов. В автобиографии Хокинг вспоминает слова Ричарда Фейнмана, лауреата Нобелевской премии по физике, посетившего конференцию по теории относительности и гравитации в Варшаве в 1962 году: «Я не вынес из этой конференции ничего, ничему не научился. Потому, наверное, что эта область бездействует, нет никого, кто бы исследовал её, слишком немногие из учёных интересуются ею. Результат — бесполезная трата времени в компании совершенных болванов».
С этого момента Хокинг осознал необходимость вплотную заняться изучением космологии и гравитации.
«По иронии судьбы, именно Варшавская конференция стала поворотным моментом в возрождении общей теории относительности», — вспоминал Хокинг в автобиографии.
Эффект Хокинга
В 1963 году на научную арену вышли представители нового поколения физиков и космологов, появились передовые исследовательские центры, изучавшие общую теорию относительности. В этом же году у Хокинга диагностировали боковой амиотрофический склероз (БАС). По прогнозам врачей, молодому учёному оставалось жить всего два с половиной года. Однако болезнь прогрессировала крайне медленно, и Хокинг смог вернуться к работе.
Для начала молодой физик вместе со своими коллегами провёл очередной эксперимент, доказавший справедливость общей теории относительности Эйнштейна. Убедившись в её правильности, Хокинг решил заняться изучением самых необычных последствий, вытекающих из этой теории. К таковым относились идея расширения Вселенной после Большого взрыва и возможность существования чёрных дыр.
И Большой взрыв, и чёрные дыры связаны с гравитационными сингулярностями — областями пространства-времени, в которых нарушаются привычные законы физики. В то же время Большой взрыв оставался объектом споров. Одни физики считали, что Вселенная родилась в результате Большого взрыва, другие защищали теорию стационарной Вселенной.
«Начинал он с классической гравитации. Его работа конца 1970-х годов посвящена сингулярности — области пространства-времени», — отметил в беседе с RT академик РАН, главный сотрудник Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН Алексей Старобинский.
По словам российского учёного, итогом усилий Хокинга стало то, что «современная космология построена на наличии такой сингулярности».
Стивен Хокинг решил применить идею о пространственно-временной сингулярности в центрах чёрных дыр к целой Вселенной в момент её рождения. В 1965 году молодой учёный выступил с докладом, подтверждающим эту смелую идею.
«Хокинг внёс ценный вклад в космологию, теорию космологической сингулярности, развил теорию чёрных дыр и ввёл понятие «испарение чёрных дыр». Его идеи лежат в основе квантовой космологии. В этом главные достижения Хокинга», — сообщил в беседе с RT доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории галактических космических лучей НИИЯФ МГУ Александр Панов.
Разделяет мнение Панова о весомом вкладе Хокинга в космологию и Старобинский, которому удалось поработать со знаменитым физиком.
«Если говорить о вкладе в космологию, то это его работы 1982 года, сделанные на знаменитом Наффилдовском симпозиуме в Кембридже. На нём Хокинг, я и ещё двое учёных практически одновременно сделали правильный расчёт спектра возмущений плотности», — заявил учёный в беседе с RT.
По словам академика Отделения физических наук РАН Юрия Балеги, самое крупное достижение Хокинга заключается в том, что в начале 1970-х годов он ввёл новое понятие — «испарение чёрных дыр».
«Чёрная дыра — это место, куда в результате гравитации стекается всё вещество. Но Хокинг допустил, что чёрные дыры могут постепенно исчезать из-за квантовых эффектов у их горизонта событий, испуская энергию в виде излучения. Эти испарения получили названия «эффект Хокинга», — пояснил Балега в интервью RT.
Член-корреспондент РАН, ведущий научный сотрудник Отдела теоретической физики ИЯИ РАН Сергей Троицкий в беседе с RT также назвал особенно ценной теорию испарения маленьких чёрных дыр.
«Удивительно, что большие чёрные дыры растут, а маленькие испаряются, могут просто исчезнуть», — отметил Троицкий.
Эксперты также отметили, что научные достижения Хокинга помогут учёным в дальнейшем расширить свои знания о космосе.
«Для меня самое главное открытие Хокинга — это излучение чёрных дыр, которое называется «излучением Хокинга». Думаю, оно поможет в будущем узнать больше о внутренности чёрной дыры», — отметил в интервью RT главный научный сотрудник НИИЯФ МГУ Владимир Кукулин.
Популяризатор науки
Широкую известность Хокинг получил благодаря своей популяризаторской деятельности. В 1988 году была опубликована его научно-популярная книга «Краткая история времени: От Большого взрыва до чёрных дыр». Работа тиражом 10 млн экземпляров была переведена на 40 языков.
«Значимы его достижения в популяризации физики и астрофизики, распространении научных знаний для человечества. О тайнах Вселенной он знал, вероятно, больше любого из нас, и по возможности делился своими знаниями. Это очень важно, когда есть кто-то, кто может разъяснить место человека во Вселенной», — отметил Балега.
По словам Кукулина, «среди всех живущих и живших учёных Хокинг был самым главным популяризатором науки».
Несмотря на свою болезнь, Хокинг много путешествовал, встречался с лидерами государств, в течение 25 секунд испытал состояние невесомости на борту специального самолёта и даже думал о космических полётах.
Хокинг активно участвовал в проектах Юрия Мильнера Breakthrough Listen по поиску внеземной жизни и созданию маленьких космических аппаратов для полётов к «двойнику» Земли — альфе Центавра. Учёный не переставал удивляться, как человечество, склонное к конфликтам и войнам, намеревается протянуть хотя бы следующие сто лет на Земле, и был уверен в необходимости найти «запасную» планету для жизни.
Источник