Что на практике доказал стивен хокинг
«Человек – как рыбка в аквариуме». Восемь открытий Стивена Хокинга, которые изменили мир
Ученый оставил после себя несколько трудов, важных для всего человечества. Среди них — новаторские работы о черных дырах и теории относительности. Его диссертация «Свойства расширяющихся вселенных» на сайте Кембриджской библиотеки пользовалась такой популярностью, что в октябре 2017 года Хокинг открыл к ней бесплатный доступ для всех желающих (ученый хотел, чтобы его исследования были доступны для всех без исключения). Мы собрали восемь самых важных открытий Стивена Хокинга, которые полностью изменили представление человека о Вселенной и себе самом.
1. Прошлое неоднозначно
По словам Хокинга, события, случившиеся в прошлом, не происходили каким-то определенным образом. Они произошли одновременно всеми возможными способами. Это связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдется сторонний наблюдатель, все будет парить в неопределенности.
Далее цитата из книги «Высший замысел» (The Grand Design). Это научно-популярное произведение Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова, которое была опубликовано в 2010 году. Основная идея книги заключается в том, что Вселенная могла возникнуть и без участия бога, основываясь на физических законах.
Из книги «Высший замысел»:
Кадр из фильма «Господин никто» (2009). Основная мысль фильма: пока выбор не сделан — возможно все. Герой-старик рассказывает о своей жизни, где переплетаются все возможные варианты его прошлого. Он считает, что все они реальны.
2. Теория всего
Стивен Хокинг пришел к выводу, что «М-теория» — единственная теория, способная описать всю Вселенную разом.
Теория была предложена Эдвардом Виттеном в 1990-х годах. Он вместе с другими физиками-теоретиками обнаружил доказательства того, что различные суперструнные теории — это предельные случаи одного целого — М-теории.
Эта же теория предполагает существование огромного числа вселенных, в которых действуют физические законы, отличные от наших.
3. Излучение Хокинга, или Излучение Черных дыр
Излучение Хокинга — гипотетический процесс «испарения» черных дыр, то есть испускания разнообразных элементарных частиц (преимущественно фотонов), пишет «Российская газета». Процесс был предсказан Хокингом в 1974 году.
Стивен Хокинг, физик-теоретик и популяризатор науки (цитата по «Российской газете»):
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 первый изучил поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики. Он сделал открытие — частицы могут выходить за пределы черной дыры, и она не бывает абсолютно черной. Остается радиация.
Герой фильма «Интерстеллар» (2014) посетил планету рядом с черной дырой. Время на ней шло в 7 раз медленней. Позже он прошел через черную дыру.
Хокинг выяснил, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.
Стивен Хокинг (цитата по «Российской газете»):
Излучение черных дыр — или излучение Хокинга — показало, что гравитационное сжатие не настолько окончательно, как предполагалось в прошлом. Хотя перспектива все же не самая лучшая: «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».
4. Как теория относительности влияет на GPS спутников
Хокинг нашел, как применить теорию относительности Альберта Эйнштейна в жизни людей. Ранее теорию Эйнштейна считали (по большей части) относящейся только к сверхбольшим объектам, таким как галактики и черные дыры.
На самом деле, деформирование пространства-времени влияет на то, что мы знаем и используем, отмечает Хокинг в «Высшем замысле».
Из книги «Высший замысел»:
Фильм «Вселенная Стивена Хокинга» (2014) рассказывает о жизни известного физика, столкнувшегося с тяжелой болезнью.
5. Встреча с инопланетянами — не к добру
Люди уже давно посылают сигналы в космос, пытаясь привлечь внимание инопланетных цивилизаций. Но Хокинг такого поведения решительно не одобрял и надеялся, что встреча так и не состоится, пишет «РГ».
В документальном телесериале канала Discovery физик высказал мнение, что если технологии инопланетян будут превосходить земные, они образуют на Земле колонию и поработят человечество. Хокинг сравнил этот процесс с прибытием Колумба в Америку и последствиями, которые ожидали коренное население континента.
Стивен Хокинг (цитата по «Российской газете»):
6. Ущемленные аквариумные рыбки помогли физику
В 2004 году в итальянском городе Монца был принят закон в защиту прав золотых рыбок — их запретили держать в круглых аквариумах.
Джампьетро Моска, представитель городского совета Монца (цитата по РБК):
К 2010 году этот случай навел великого физика на мысль — человек не может познать природу реальности, потому что, он как рыбка в аквариуме, только он заточен в собственном теле.
Стивен Хокинг и Джейн Уайльд
7. Вселенная расширяется
До XX века считалось, что Вселенная — статична. Согласно существующим теориям, она должна была оставаться такой же молодой, как в момент возникновения. Однако Хокинг доказал, что это не так.
Стивен Хокинг (цитата по «Российской газете»):
8. Вселенная самодостаточна
Хокинг был атеистом. В частности, его книга «Высший замысел» во многом посвящена научному доказательству того, что для существования жизни и Вселенной бог не нужен.
Умер Стивен Хокинг. Что он успел открыть?
Сегодня, в возрасте 76 лет, ушел из жизни без преувеличения гениальный ученый-физик Стивен Хокинг. Человек, силе воле которого может позавидовать каждый. Личность, сумевшая несмотря на жизненные обстоятельства и физические ограничения совершить десятки открытий.
Давайте вспомним, что Стивен Хокинг подарил человечеству и чем примечательны его исследования и научные труды.
Личная жизнь, болезнь
В детстве Стивен был обычным ребенком. Мальчик никогда не болел, с отличием окончил Оксфордский университет, получив степень бакалавра по физике и математике.
1963 год стал для Хокинга переломным – врачи диагностировали у парня амиотрофический склероз (БАС). Неизлечимое заболевание, которое прогрессировало с каждым днем. Тогда доктора уверяли, что Стивен не проживет более двух лет.
Способность говорить Стивен утратил в 1985 году. Осложнение от воспаление легких вызвало трахеостомию. В результате, Хокинг был вынужден пользоваться синтезатором речи.
В 1965 году Стивен женился на студентке лингивстического факультета Джейн Уайлд. У четы родилось трое детей: двое сыновей (1967 и 1979) и дочь (1970). Увы, через 20 лет Стивен и Джейн подали на развод, но, как уверяет каждая из сторон, остались друзьями.
В 1995 году Хокинг женился на своей сиделке Элайн Мэйсон. Брак продержался 11 лет и закончился разводом в 2006 году.
Начиная с 1965 года Хокинг ведет активную научную деятельность и за 15 лет успел поработать с исследовательскими группами Института теоретической астрономии, стать преподавателем кафедры прикладной математики и теоретической физики, а также теории гравитации.
Чем запомнился Стивен Хокинг. Гипотезы и открытия
За плечами легендарного физика-теоретика десятки научных открытий. Судьба сыграла с талантливым ученым злую шутку: будучи физически прикованным к инвалидному креслу, Хокинг продолжал проводить открытия в области физики.
1. Вселенная породила сама себя
Хокинг скептически относился к религии и был убежденным атеистом. Он неоднократно приводил в своих научных трудах гипотезы, утверждающие, что для существования жизни на Земле Бог не нужен.
В связи с тем, что существует такая сила как гравитация, Вселенная могла создать себя из ничего. Именно самопроизвольное создание – основная причина того, почему существуем мы. Никакая дополнительная сила, способная «зажечь» огонь и заставить Вселенную работать, не нужна.
Вселенная Хокинга – это мир, который был создан исключительно законами физики, гравитацией и притяжением частиц.
2. Черные дыры и «Излучение Хокинга»
В середине 70-х годов Хокинг провел ряд исследований, результаты которых перевернули космологию. Ученый выяснил, что так называемым черным дырам присуще радиационное излучение.
Хокинг описывал черные дыры, как некое гравитационное поле, возникшее в результате коллапса звезд. Если для того, чтобы покинуть гравитационное поле Земли и покинуть планету необходимо развить вторую космическую скорость (ее развивают все современные ракеты), то для выхода за пределы черной дыры недостаточно будет и скорости света.
Излучение Хокинга поясняется видоизменением энергии частиц, которые изначально формировали звезду. Соотношение энергии квантовых частиц до коллапса звезды и после него и называют излучением Хокинга.
До того, как Хокинг выдвинул данную теорию, космология склонялась к теории, что черные дыры абсолютно статичны и не излучают никакой энергии. Стивен же посмотрел на проблему со стороны квантовой физики.
Примечательно, что именно черные дыры Хокинг назвал «неиссякаемым источником энергии». Увы, ученые пока так и не смогли применять это открытие на практике.
3. Предсказание конца человечества
В связи с постоянно растущим количеством проживающих на Земле людей, растет и количество потребляемой человечеством энергии.
Понимая это, Стивен Хокинг предрек гибель планеты Земля уже к 2600 году. Причина тому – постепенное повышение температуры из-за потребления энергии. Хокинг был уверен, что через 500 лет Земля превратится в «пылающий огненный шар».
Теория Хокинга была воспринята всерьез и поиски «резервной планеты» для жителей Земли со дня анонса гипотезы стали проводиться значительно активнее.
4. Эйнштейн, теория относительности и ошибки GPS
Общая теория относительности была сформулирована Эйнштейном еще в начале XX века. Стивен Хокинг не только относил себя к числу популяризаторов данной теории, но и сумел предостеречь производителей спутниковых навигационных систем от глобальных ошибок.
Чем ближе объект к Земле, тем медленнее для него протекает время. Учитывая разницу в расстоянии, на которой спутники находятся друг от друга, каждый из них будет воспринимать время по-своему.
Исследование Хокинга подтвердило, что пренебрежение этим научным фактом может привести к ошибкам в GPS-навигации и накапливающейся погрешности, которая бы привела к снижению точности до 10 километров в сутки.
5. Прошлое – это вероятность
Хокинг не принимал факта связи прошлого с настоящим. Физик был уверен, что все, что произошло в прошлом, квантовая механика может объяснить как случайный и произвольный набор событий.
Чтобы вы не помнили о прошлом, оно, как и будущее, существует исключительно в виде спектра возможностей.
Проще говоря, Хокинг в очередной раз подчеркнул, что закономерностей во времени не существует.
6. Вселенная – непостоянна
В 1988 году Хокинг выпускает книгу «Краткая история времени». За несколько месяцев она превращается в бестселлер. Главная идея произведения – непостоянство Вселенной.
Вплоть до XX века ученые были уверены, что Вселенная – это нечто вечное и неизменное. Стивен Хокинг же утверждал обратное.
В свете от далеких галактик происходит смещение в сторону красной части спектра. Это означает, что они удаляются от нас, что Вселенная расширяется.
Это предположение и получило имя теории Большого взрыва (она же «Теория Рождения»).
7. Внеземные цивилизации существуют
Хокинг был уверен, что инопланетяне существуют, вот только встреча человека и представителями внеземных цивилизаций не сулят ничего хорошего.
Стивен Хокинг предположил, что если технологии инопланетян будут превосходить человеческие, то Земля превратится в колонию.
Во Вселенной более 100 миллиардов галактик. Каждая состоит из 100 миллионов звезд. Я уверен, что Земля – не единственное место, где развивается жизнь.
Неоценимый вклад в популяризацию науки
В конце 2015 года в Лондоне была учреждена медаль имени профессора Стивена Хокинга. Награда присуждается за популяризацию науки и продвижение трудов, способствующих продвижению научных знаний в самых различных сферах.
За три года награду получил пионер электронной музыки Жан-Мишель Жарр, американский астрофизик и научно-популярный писатель Нил Деграсс Тайсон, композитор Ханс Циммер и другие личности, старающиеся сделать науку популярнее и доступнее обычным людям.
Стивена Хокинга называли последним великим мечтателем. Его наследие и работы будут жить долгие годы. Благодаря Хокингу. Он сумел изменить взгляды человечества на информацию, на восприятие черных дыр, на сингулярность и понимание Вселенной.
Чем запомнился Стивен Хокинг
Стивен Хокинг – выдающийся и всемирно известный ученый-теоретик в сфере физики и научный просветитель.
Стал популярен благодаря изучению Большого взрыва и написанию книги о происхождении и развитии Вселенной. Представил научному миру гипотезу об энергетических потерях черных дыр по горизонту событий.
Будущий ученый родился в Великобритании 8 января 1942 года. Его родители переехали в Лондон из Оксфорда, опасаясь немецких бомбежек во время Второй мировой войны. Отец Стивена трудился исследователем в медицинской организации, а мать – там же секретарем. Кроме Хокинга-младшего в семье были две сестры (Мэри и Филипп) и приемный ребенок, брат Стивена, Эдвард.
«Жизнь была бы очень трагичной, если бы не была такой забавной.»
В начале 60-х гг. Стивену Хокингу поставили серьезный диагноз – боковой амиотрофический склероз, ведущий к развитию паралича. Специалисты пришли к выводу, что светилу мировой науки осталось жить только два года. К счастью, прогресс заболевания шел очень медленно.
Стивен Хокинг был студентом в Оксфордском университете и успешно завершил учебу в 1962 году, а спустя три года получил степень доктора философии в Кембридже, закончив диссертацию о расширяющихся вселенных. В дальнейшем ученый работал исследователем в колледжах и институтах астрономии, затем преподавал теорию гравитации. Под конец 60-х гг. Хокинг окончательно перешел на инвалидную коляску из-за активности своего недуга.
«Я понятия не имею, какой у меня IQ. Те, кого интересует их IQ, просто неудачники.»
В 1965 году Стивен впервые женился и стал отцом двух сыновей и дочки. Развод из-за ухудшения отношений состоялся в 90-х гг., после чего Хокинг женился на собственной сиделке. С ней он пробыл 11 лет, а в 2006 году опять развелся.
В конце 70-х гг. Хокинг стал профессором гравитационной физики, а чуть позже – математики. В этот же период Стивен стал членом Королевского общества в Лондоне и даже дважды приезжал в СССР, обсуждая идеи черных дыр и квантовой теории гравитации.
В 1985 году Стивен пережил воспаление легких и утратил речевую способность. Синтезатор вербальной функции был установлен на кресло ученого, которым Хокинг управлял с помощью указательного правого пальца, а потом – мимической лицевой мышцы.
В 2007 году Стивен Хокинг осуществил полет в невесомости на специализированном самолете. Это была его мечта.
Скончался ученый 14 марта 2018 года в возрасте 76 лет.
Основную известность английскому ученому принесли открытия сразу в нескольких направлениях:
Именно Стивен Хокинг совместно с физиком Роджером Пенроузом разработал в 70-х гг. на базе общей теории относительности и теории гравитации Эйнштейна теорию Большого взрыва, который создал Вселенную из-за расширения гравитационной сингулярности.
Стивен Хокинг сформулировал второй термодинамический закон черных дыр об увеличении их площади горизонта событий. Кроме этого, он внес значительный вклад в решение парадокса исчезновения информации в черных дырах.
С помощью квантовой физики Стивен Хокинг доказал: черные дыры испускают тепловое излучение вплоть до своего исчезновения. Данный процесс так и был назван в честь ученого – излучение Хокинга.
Отдельное внимание британский физик уделял зарождению галактик. Он был сторонником инфляционной модели Вселенной (идеи об ускоренном развитии горячей Вселенной на ранних стадиях Большого взрыва). Хокинг много рассказывал о том, как незначительные изменения на первых порах расширения Вселенной потом привели к появлению различных галактик.
Вместе с Джемсом Хартлом в 1983 году Стивен разработал теорию о волновой функции Вселенной. Эту модель используют физики со всего мира для разработки теории квантовой гравитации и вычислений. Основная идея теории – Вселенная произошла из ниоткуда, т.е. не обладает первопричиной.
«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.»
Примечательно, что Хокинг регулярно расширял масштаб своей популярности, с удовольствием становясь прототипом персонажей во многих мультфильмах и сериалах. Его появление на телевидении, прежде всего, запомнится образами из «Симпсонов» и ролью в «Теории Большого взрыва», которая была создана во многом благодаря научным идеям британского физика.
Стивен Хокинг в течение всей жизни стремился ответить на вопросы прошлого и будущего и при этом был убежденным атеистом. Ученый считал, что черные дыры вполне могут содержать вход в параллельный мир, а люди способны научиться создавать малые черные дыры для потребления энергии.
Стивен Хокинг и деньги
Всемирный ученый был не только выдающимся специалистом и обладателем редкого ума, но и весьма отважным человеком, который никогда не впадал в отчаяние. Пересев на инвалидное кресло и находившись в скромном статусе преподавателя ВУЗа, однажды Стивенг Хокинг решил, что будет зарабатывать деньги с помощью науки.
«Я убежден, что наука и исследовательская деятельность приносят больше удовольствия, чем зарабатывание денег.»
И тогда ученый стал писать книги об устройстве Вселенной, где даже самые сложные термины были объяснены простыми словами. При этом он получил 12 ученых степеней и за отдельные достижения в области физики получал по 3 миллиона долларов. В результате Хокинг издал 17 книг по космологии, многие из которых стали бестселлерами. К моменту своего ухода из нашего мира ученому удалось заработать порядка 20 миллионов долларов.
Стивен Хокинг прожил долгую и счастливую жизнь, наполненную не только личными, но и мировыми открытиями. Он стал настоящим примером стойкости человеческого духа, заключенного в ограниченную физическую оболочку. Как истинный ученый, он также никогда не боялся смерти, хотя твердо был уверен, что за пределами земной жизни нет иных форм существования. При этом физик никогда не терял чувства юмора и любви к окружающему миру.
Успеть раскрыть тайны Вселенной: жизнь и великие открытия Стивена Хокинга
Британский астрофизик Стивен Хокинг всю жизнь искал ответ на вопрос: как возникло все, что существует в этом мире?
Британский астрофизик Стивен Хокинг всю жизнь искал ответ на вопрос: как возникло все, что существует в этом мире? Он пытался понять, что происходило 14 млрд лет назад, в тот миг, когда родилась Вселенная. И работал над созданием теории, которая должна была объяснить все тайны мироздания – теории всего.
Гонка со смертью
Стивен Хокинг родился в 1942 году. Всерьез вопрос о возникновении Вселенной возник у него еще в юности. Многие тогда считали, что у Вселенной нет начала и конца, существование ее вечно и неизменно. Но и возникает новая теория Большого взрыва о появлении Вселенной из одной крохотной точки. 20-летний Стивен Хокинг задумался, как за один миг из ничего может возникнуть весь мир.
В 1962 году он начал работать над диссертацией «Свойства расширяющихся вселенных» в Кембриджском университете. «Уже тогда о Стивене шла молва, но никто не подозревал, что он на голову опередит всех нас», – рассказывал друг Кип Торн, профессор Калифорнийского института технологий. Но Хокинг замечает, что стал вдруг каким-то неуклюжим. Врачи поставили ему страшный диагноз: боковой амиотрофический склероз, неизлечимая болезнь, которая медленно разрушает мышцы. Медики отмерили ему всего два года жизни.
«Я не знал, проживу ли достаточно долго, чтобы закончить диссертацию», – вспоминал Хокинг. «Он не видел смысла продолжать работу, – рассказывала его дочь Люси. – Но потом он встретил мою маму, и они влюбились друг в друга. Их брак вселил в него надежду и решимость бороться дальше».
Хокинг поставил себе целью раскрыть тайну происхождения Вселенной до того, как недуг его одолеет.
Вселенная из сингулярности
Научный мир, в отличие от Хокинга, в те годы скептически относился к теории Большого взрыва. В 1965 году Хокинг посетил лекцию математика Роджера Пенроуза, которая подтолкнула его к ряду будущих открытий. Там математик выдвинул новую гипотезу о существовании в пространстве дыр, поглощающих огромные объекты. Их возникновение, по предположению Хокинга, связано с гравитацией. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация – это искривление пространства. Эйнштейн представил пространство и время как ткань, на которую давят планеты и звезды, образуя углубления, притягивающие к себе объекты.
Когда ткань пространства растягивается до предела, в пространстве появляется дыра, в которой могут исчезать предметы. Всё начинается со смерти звезды. Она начинает сжиматься и становится все меньше и плотнее. Когда умирает звезда в 20 раз больше Солнца, искривление пространства становится настолько велико, что ничто, даже свет, не может вырваться наружу. Это явление называется черной дырой.
Пенроуз обнаружил, что в центре черной дыры находится точка чистой гравитации – сингулярность, в которой пространство и время исчезают. Хокинг же решил выяснить, существует ли обратный процесс.
«Я понял: если повернуть вспять течение времени в теореме Пенроуза, сжатие превращается в расширение, – вспоминал Хокинг. – Вместо того чтобы затягивать все внутрь, черная дыра начинает извергать пространство, материю и время. Как описано в теории Большого взрыва».
Так Хокинг доказал, что Вселенная возникла внезапно из ничего – из сингулярности.
«Пентхаус» против черной дыры
В 1971 году недуг поражает руки ученого. Теперь он производит все расчеты в уме. Он вычисляет, что теория относительности и квантовая механика сталкиваются не только в момент Большого взрыва, но и внутри черной дыры.
Согласно теории относительности, ничто не может существовать на краю черной дыры. Согласно квантовой механике, пространство никогда не бывает пустым, оно заполнено частицами. Разгадку он нашел в противоположности их зарядов. Он выяснил, что, когда пара таких частиц оказывается возле условного радиуса черной дыры, отрицательная проваливается в нее, а положительная ее покидает. Хокинг доказал, что таким образом черные дыры выделяют тепло. Теперь это явление называют «излучением Хокинга».
Новость о том, что что-то может вырваться из черной дыры, потрясла мир. Но практического доказательства существования самих черных дыр все еще не было. Пока в космосе не был найден объект, излучающий мощные рентгеновские волны и похожий на ядро разрушившейся звезды. Его назвали «Лебедь Х-1». Сейчас известно, что он и есть черная дыра. А в 1974 году Хокинг и Торн поспорили на годовую подписку на журнал «Пентхаус», так это или нет. Хокинг ставил на то, что нет. В 1990 году он признал свой проигрыш.
Новый голос
В 1985 году Хокинг заболевает пневмонией. Трахеотомия спасает ему жизнь, но ученый больше не может говорить. Вернуть эту возможность помог разработчик голосовых программ Уолт Уолтош из Калифорнии. «Мне сообщили, что профессору из Кембриджа нужна моя помощь, – вспоминал Уолтош. – Я сказал: похоже, это Стивен Хокинг, и если я могу чем-либо помочь, то сделаю все, что в моих силах». У Хокинга еще немного действовали пальцы руки, и он мог пользоваться переключателем. Уолтош создал уникальную систему, которая могла предугадывать слова. Клиент оказался доволен.
«Мне нравится мой новый голос, хотя он и с американским акцентом», – поделился однажды ученый.
Работа его продолжилась. Но близкие видели, как Стивен разрушается. «Когда он начинал задыхаться или кашлять, нас не отпускало ужасное чувство, что все кончено, – вспоминает Люси. – Мы не знали, что может произойти дальше».
В 2008 году, когда был запущен Большой адронный коллайдер, появилась новая надежда: внутри прибора возможно смоделировать ситуацию в момент сразу после Большого взрыва. Тогда высказывались опасения, что коллайдер станет «фабрикой» микроскопических черных дыр со всеми вытекающими. Но Хокинг успокоил общественность: согласно его теории, такая черная дыра просто быстро испарится. И ученые продолжают работу, полностью доверяя его словам.
Стивен Хокинг скончался 14 марта 2018 года в возрасте 76 лет. Он прожил более чем на 50 лет дольше, чем прогнозировали доктора в начале 60-х.
Коротко о Стивене Хокинге
Материал вышел в издании «Собеседник+» №07-2020 под заголовком «Стивен Хокинг и черные дыры».