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
«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
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
Содержание статьи:
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».
Подпишись на наш Telegram-канал и не пропускай важные новости из мира криптовалют и блокчейна*
*Ссылка открывается даже, если телеграм заблокирован в вашем регионе
Источник