Основные идеи Стивена Хокинга
Знаменитый физик всю жизнь старался "подружить" теорию гравитации и квантовую теорию, мечтал о полетах в космос и напоминал землянам о неизбежной космической эмиграции
Москва. 14 марта. INTERFAX.RU - В среду, 14 марта, стало известно, что в возрасте 76 лет ушел из жизни один из наиболее известных физиков-теоретиков современности и популяризатор науки Стивен Хокинг, всю жизнь старавшийся примирить теорию гравитации и квантовую теорию.
Секрет популярности Хокинга - в умной эксцентричности, неспособности замыкаться в каких-либо рамках, в открытости людям, с которыми он старался вести диалог на равных, говоря простым языком о сложных вещах.
Популяризированию науки способствовал его активный образ жизни: ученый много путешествовал, не раз становился героем мультфильмов в "Симпсонах" и "Футураме", в которых озвучивал своего персонажа, снялся даже в кино в роли самого себя - в одной из серий сериала "Звездный путь: Следующее поколение" и в эпизоде комедийного сериала "Теория Большого взрыва", ученый был сторонником ядерного разоружения, боролся с изменениями климата.
Немецкий популяризатор науки Хуберт Мания в своей книге "Стивен Хокинг" так описывает британского физика: "Почти совершенное воплощение свободного духа, огромного интеллекта, человека, который мужественно преодолевает физическую немощь, отдавая все силы на расшифровку "божественного замысла".
В 20 лет у Хокинга стали проявляться признаки хронического заболевания центральной нервной системы, которое в дальнейшем привело к полному параличу. Однако тяжелое заболевание, почти на 40 лет приковавшее ученого к инвалидному креслу, не помешало ему показать миру все многообразие Вселенной. Сам ученый мечтал отправиться в космос и в последние годы жизни он неоднократно предупреждал, что человечество обречено, а Земля погибнет от удара астероида, высоких температур или перенаселенности, и что это лишь вопрос времени.
Исследовательскую деятельность Хокинг начал еще в годы учебы в Кембридже, преподавал теорию гравитации, гравитационную физику, работал в Институте астрономии, на кафедре прикладной математики и теоретической физики Кембриджа. В Калифорнийском технологическом институте, куда его пригласили в 1974 году, он занимался, в частности, вопросами общей теории относительности. В 1979 физик получил должность Лукасовского профессора Кембриджского университета и занимал ее до 2009 года.
Более 20 лет Хокинг руководил группой, занимающейся проблемами вокруг теории относительности и вопросами гравитации. В 2007 году он основал при Кембриджском университете Центр теоретической космологии.
"Излучение Хокинга"
Профессор Кембриджского университета Хокинг известен, в частности, теоретическим предсказанием излучения черных дыр, из-за которого они постепенно испаряются, теряя массу, а значит, и информацию об упавших в нее предметах. Открытие получило название "излучение Хокинга". Оно в значительной степени изменило современные космологические представления. Согласно общепринятым представлениям, внешний наблюдатель не может заглянуть внутрь черной дыры и получить какую-либо информацию об объектах, находящихся за горизонтом событий. Однако теоретически излучение Хокинга позволяет заглянуть внутрь черной дыры, то есть определить ее внутреннюю топологию.
Излучение Хокинга не является результатом движения зарядов. Оно возникает при изменении свойств вакуума в результате формирования черной дыры. Если заряды и массы рождают только электромагнитные и гравитационные волны, то в результате квантового излучения Хокинга могут появиться электроны, позитроны, протоны и другие частицы.
В излучении Хокинга черная дыра будет излучать как обычный нагретый до какой-то температуры источник. При этом температура будет обратно пропорциональна ее массе: чем больше дыра, тем она "холоднее". Когда черная дыра излучает, ее масса уменьшается, а температура растет, это следует из соответствия энергии и массы по формуле E=mc2. При этом все характеристики частиц, кроме массы и заряда, излучаются с одинаковой вероятностью.
Парадокс потери информации
Этот парадокс формулируется на стыке между квантовой теорией поля и общей теории относительности, поэтому его разрешение может помочь в формулировке теории квантовой гравитации.
Одна из актуальных проблем в современной теоретической физике - исчезновение информации в черной дыре. Физик предложил свое объяснение. По его мнению, информация не исчезает и не оказывается записана где-то внутри черной дыры — вместо этого она хранится на поверхности горизонта событий сверхмассивного объекта в форме голограммы. Горизонт событий - поверхность черной дыры, из пределов которой свет не может вылететь наружу. Если источник излучения находится прямо на горизонте, то создаваемое им поле видно не меняющимся во времени, то есть излучения нет. Согласно голографическому принципу, если известно все о динамике на горизонте, то можно восстановить и динамику внутри черной дыры.
Хокинг в своей статье описал, как каждый акт излучения отражается на горизонте событий черной дыры. По его мнению, используя голографический принцип, можно описать детали процесса формирования излучения черных дыр. Хокинг считает, что если что-то произошло внутри или снаружи черной дыры, то происходит какой-то акт на горизонте.
В сентябре 2015 года Хокинг сообщил о новой идее, которая, по его мнению, поможет разрешить 40-летний парадокс потери информации в черных дырах. Ученый сослался в своем сообщении на некоторые специальные свойства пространства. Если ими правильно воспользоваться, то можно указать, как и в каком виде информация покидает черную дыру. В работе утверждается, что у излучения Хокинга будет бесконечно много характеристик, а не только температурное распределение, зависящее от массы, заряда и момента вращения, и при помощи этих характеристик можно будет полностью охарактеризовать состояние черной дыры.
Пророк конца света
Одно из наиболее популярных произведений Хокинга – "Краткая история времени". Вышедшая в 1988 году с подзаголовком "От большого взрыва до черных дыр" книга сразу стала бестселлером. Ее тираж составил 10 млн копий, переведена на 40 языков. Позже Хокинг написал еще две книги: "Черные дыры и молодые вселенные" (1993 год) и "Мир в ореховой скорлупке" (2001 год). В 2005 году опубликована "Кратчайшая история времени" - новое издание бестселлера 1988 года.
Хокинг доступным языком попытался опровергнуть постулат о неизменности Вселенной. "В свете от далеких галактик происходит смещение в сторону красной части спектра. Это означает, что они удаляются от нас, что Вселенная расширяется", - писал он.
"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. Однако доказательство, основанное на теории относительности Эйнштейна, показывало также, что невозможно понять, как произошла Вселенная: оно демонстрировало, что все теории не действуют в момент начала Вселенной", - отмечает ученый.
Он задался вопросом, что произойдет, когда Вселенная прекратит расширяться и начнет сжиматься. "Мне казалось, что когда начнется сжатие, Вселенная вернется в упорядоченное состояние. В таком случае, с началом сжатия время должно было повернуть вспять. Люди в этой стадии проживали бы жизнь задом наперед и молодели по мере сжатия Вселенной", - говорил он.
Позже он приходит к выводу, что время все же не повернет свой ход вспять при сжатии Вселенной. "В реальном времени, в котором мы живем, у Вселенной есть две возможные судьбы. Она может продолжать расширяться вечно. Или она может начать сжиматься и прекратить свое существование в момент "большого сплющивания". Это будет похоже на большой взрыв, только - наоборот", - полагает физик.
Хокинг верил в существование внеземной жизни. "Во Вселенной со 100 миллиардами галактик, каждая из которых содержит сотни миллионов звезд, маловероятно, что Земля является единственным местом, где развивается жизнь. С чисто математической точки зрения, одни лишь цифры позволяют принимать мысль о существовании инопланетной жизни как абсолютно разумную. Реальной проблемой является то, как могут выглядеть инопланетяне, понравятся ли они землянам своим видом. Ведь они могут быть микробами или одноклеточными животными, или червями, которые населяли Землю в течение миллионов лет", - считает Хокинг.
По мнению Хокинга, у Вселенной все-таки будет финал, и человечеству не останется ничего другого, как покорять космос и осваивать новые планеты, и начать следует с Луны и Марса. "Расселение в космосе полностью изменит будущее человечества. Оно определит, будет ли у нас вообще какое-то будущее, - сказал ученый на научном фестивале в 2017 году. - Ясно, что мы вступаем в новую космическую эпоху. Мы стоим на пороге новой эры. Колонизация других планет человеком - это уже не научная фантастика, это может стать научным фактом".