В ночь на 14 марта в возрасте 76 лет ушел из жизни один из самых знаменитых физиков-теоретиков нашего времени - . Ему принадлежат много великих научных открытий и предположений об устройстве мира. Мы предлагаем вам познакомиться с наиболее феноменальными и любопытными из них.
Прошлое и будущее - это спектр возможностей. Одним из следствий теории квантовой механики является то, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определенным образом. Они произошли всеми возможными способами. Это связано с вероятностным характером вещества: до тех пор, пока не найдется сторонний наблюдатель, все будет находиться в неопределенности. Независимо от того, какие воспоминания вы храните о прошлом в настоящее время, прошлое, как и будущее, неопределенно и существует в виде спектра возможностей.
Вселенная породила сама себя. Хокинг посвятил немало времени научным доказательствам того, что Бога не существует. «Поскольку существует такая сила как гравитация, Вселенная могла и создала себя из ничего. Самопроизвольное создание — причина того, почему существует Вселенная, почему существуем мы. Нет никакой необходимости в Боге для того, чтобы «зажечь» огонь и заставить Вселенную работать».
Теория всего. Хокинг и его коллега Леонард Млодинов доработали М-теорию, созданную в 90-х годах. Она является ответвлением теории струн и описывает всю Вселенную. Согласно ей, на самом мельчайшем уровне все частицы состоят из бран — многомерных мембран. Их свойства объясняют все процессы в нашей Вселенной. Эта теория также доказывает существование огромного числа вселенных, в которых действуют иные физические законы.
Навигационные системы и теория относительности . Общая теория относительности была сформулирована Эйнштейном более ста лет назад. Хокинг выступил в роли ее популяризатора. Он утверждает, в частности, что «Если общая теория относительности не будет принята во внимание в GPS-навигационных спутниковых системах, ошибки в определении глобальных позиций будут накапливаться со скоростью около 10 км в день.
Чем ближе объект к Земле, тем медленнее течет время. Таким образом, в зависимости от того, на каком расстоянии от Земли находятся спутники, их бортовые часы будут работать с разными скоростями. Эту разницу мы могли бы компенсировать автоматически, если бы этот эффект учитывался».
Угнетенные аквариумные рыбки. «Представьте себя рыбкой, живущей в аквариуме с выпуклыми стенками. Что вы знали бы о нашем мире, если бы всю жизнь смотрели на него в искажении от стекла и не имели возможности выбраться? Невозможно познать истинную природу реальности: мы считаем, что четко представляем себе окружающий мир, но, говоря метафорически, мы обречены всю жизнь провести в аквариуме, так как возможности нашего тела не дают нам выбраться из него», — говорит Хокинг . Власти города Монц, Италия, очень впечатлились этой идеей. Они законодательно запретили держать рыбок в круглых аквариумах, чтобы искажение света не мешало им воспринимать мир таким, какой он есть.
Кварки не бывают одиноки. Кварки, «строительные блоки» протонов и нейтронов, существуют исключительно группами и никогда — по одному. Сила, которая связывает кварки, увеличивается с увеличением расстояния между ними, так что, если попытаться оттянуть один кварк от другого, то чем сильнее вы будете тянуть, тем сильнее он будет пытаться вырваться и вернуться обратно. Свободные кварки не встречаются в природе.
Стивен Хокинг, сделавший немало научных открытий и предположений об устройстве мира, являлся одним из самых знаменитых и популярных учёных-физиков нашего времени. Основная область исследований Хокинга – это космология и квантовая гравитация.
За свои достижения Хокинг в 1974 году стал членом Лондонского Королевского общества, а в 1975 году, благодаря разработке теории квантового процесса «испарения» черных дыр, ученым с мировой известностью. Открытие этого излучения, которое приводит к ликвидации чёрных дыр, названо в честь Стивена Хокинга.
Суть явления Излучения Хокинга – это процесс излучения чёрной дырой разнообразных элементарных частиц. Согласно этой теории черная дыра не только поглощает всё вокруг себя, но и испускает сама различные частицы, преимущественно фотоны. Когда черной дыре больше нечего поглощать вокруг себя, она должна начать сужаться, то есть испускать частицы наружу. В конечном итоге это должно привести к её исчезновению через взрыв на последних стадиях. Такое испускание и получило название «Излучение Хокинга» или Испарение черных дыр.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, при образовании Вселенной могли бы рождаться первичные чёрные дыры, а некоторые из них теоретически должны были бы заканчивать испаряться в наше время. Так как с уменьшением размера чёрной дыры интенсивность испарения, наоборот, возрастает, то последние стадии должны быть, по сути, взрывом чёрной дыры. Тем не менее, до сих пор таких взрывов зарегистрировано не было.
Кстати, Излучение Хокинга оказалось серьезным аргументом для предположения о возникновении небольших чёрных дыр в ходе экспериментов, проводимых на Большом Адронном Коллайдере. Однако сформированная таким образом микроскопическая черная дыра, согласно тому же предположению, должна мгновенно испариться за счет излучения Хокинга и не может представлять угрозы для жизни землян….
…. «Я думаю, что наш разум – это программа, в то время как мозг – аналог компьютера. Теоретически возможно скопировать содержимое мозга на компьютер и таким образом создать форму вечной жизни. Сегодня, однако, это не в наших силах» — заключил Хокинг.
По утверждению Хокинга, прошлое – это всего лишь вероятность. Одно из следствий теории квантовой механики заключается в том, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определённым образом. Вместо этого они произошли всеми возможными способами. Это сложно для нашего понимания, и связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдётся сторонний наблюдатель, всё будет парить в неопределённости…..
…..Основываясь на своих знаниях, Стивен Хокинг предостерегает, что искусственный интеллект вполне может положить конец человеческой расе, а первый контакт с разумной внеземной цивилизацией, возможно, станет и последним. По его словам: если технологии инопланетян будут превосходить земные, они обязательно образуют на Земле свою колонию и поработят человечество.
Но есть и хорошие новости. Недавно известный английский физик заявил, что современная наука находится в преддверии революции, когда будет создана единая теория, объясняющая все фундаментальные основы физического мира и бытия. При этом, по словам Хокинга, открытие будет сделано в рамках М-теории, которая предполагает наличие параллельных миров и многочисленных физических сил, пока неизвестных современной науке.
Так называемая М-теория или «Теория всего», предложенная Эдвардом Виттеном в 90-х годах 20-го столетия, была осмыслена и доработана Хокингом и его коллегой Леонардом Млодиновым. М-теория является ответвлением теории струн и описывает всю Вселенную разом. Согласно ей, на самом мельчайшем уровне все частицы состоят из бран - многомерных мембран, свойства которых могут объяснить абсолютно все процессы, происходящие в нашей Вселенной. Кстати, эта теория также предполагает существование огромного числа вселенных, в которых действуют физические законы, отличные от наших.
Хокинг утверждает, что создание Последней теории наконец завершит стройное здание теоретической физики. «Мы узнаем основные законы, которые управляют Вселенной». Ну, что же, учитывая тот факт, что за последние сто лет своей истории человечество совершило огромный инновационный скачок, нет причин не доверять предсказанию в высшей степени умнейшего ученого – Стивена Хокинга.
Анастасия Ксенофонтова
В своём последнем труде британский физик Стивен Хокинг переосмыслил теорию Большого взрыва. Статья учёного поступила в издание Journal Of High Energy Physics за десять дней до его смерти и была опубликована 3 мая. В новой работе опровергается теория безграничного расширения Вселенной и доказывается, что в каждом из параллельных миров, возникших после Большого взрыва, действуют одни и те же законы физики, а не разные, как сам Хокинг утверждал ранее. Также исследователь высказал гипотезу о том, что наш трёхмерный мир является лишь проекцией информации, хранящейся на двумерной плоскости. О революционных открытиях Хокинга - в материале RT.
За десять дней до смерти, 14 марта 2018 года, отправил в научное издание Journal Of High Energy Physics работу, в которой он переосмыслил . В новом труде Хокинг опровергает результаты своей же предыдущей работы A Smooth Exit from Eternal Inflation («Плавный выход из хаотической теории инфляции»), в которой он обобщил выводы из теории о мультивселенной.
Хокинг изменил своё мнение об инфляционной модели, согласно которой после Большого взрыва наша Вселенная начала безгранично расширяться. Однако в последней работе физик опровергает сам себя. Он пришёл к выводу, что процесс расширения остановился, Вселенная достигла своих максимальных размеров и за её границами ничего не существует.
«За ними нет ничего — ни космоса, ни времени. Абсолютное ничто», — отметил Томас Эртог, соавтор исследования Хокинга.
Согласно теории мультивселенной, Большой взрыв сопровождался множеством других аналогичных ему взрывов, каждый из которых породил отдельную Вселенную. В своей работе Хокинг пришёл к выводу, что во всех мирах действуют схожие законы физики, а не разные, как он считал раньше. Таким образом, по мнению учёного, на основе информации о процессах, происходящих в нашей Вселенной, можно изучать другие миры.
По мнению российских учёных, точно сказать, какие законы действуют в параллельных вселенных, очень сложно.
«Теория мультивселенной разрабатывается уже более 30 лет. Параллельные вселенные, согласно инфляционному сценарию, существуют, но каким законам физики они подчиняются, сказать сложно. Конечно, параллельные миры можно изучать как некие математические объекты, это интересно, но практического отношения к нашей Вселенной они не имеют и на земные процессы никак не влияют», — сообщил в беседе с RT академик РАН, главный научный сотрудник Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау Алексей Старобинский.
Также в своей последней работе Хокинг пришёл к выводу, что наша Вселенная представляет собой сложную голограмму. Иными словами, трёхмерная реальность является иллюзией, а видимый вокруг нас мир, как и сама природа пространства и времени, проецируется из данных, хранящихся на плоской двумерной поверхности.
«Исходя из новой гипотезы, можно сделать вывод, что наша Вселенная — это голограмма. Эта теория говорит о том, что Вселенная могла возникнуть по голографическому принципу, будучи проекцией некой двумерной области, существовавшей за пределами Большого взрыва», — отметил Эртог.
Однако, по мнению российских учёных, нет никаких причин сомневаться в природе пространства и времени нашей Вселенной.
«Голограмма в буквальном значении — это изображение трёхмерного объекта, спроецированное с двумерной плоскости. Действительно есть теория, согласно которой можно найти двумерную поверхность, на которой будет записана вся информация о происходящем во Вселенной. Однако все последние исследования, которые проводились экспертами в области космологии, опровергали теорию голографической Вселенной», — отметил Старобинский.
Как считает доктор физико-математических наук, сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, член комиссии РАН по борьбе с лженаукой Ростислав Полищук, выводы Хокинга о голографической Вселенной являются плодом его фантазии.
«Это интересная идея, однако она не подтверждена фактами. Научным сообществом данная концепция не принята. Голографическая гипотеза Хокинга является чисто художественной и вряд ли когда-нибудь приведёт к точным научным формулам. Дело в том, что кроме научных способностей у Хокинга были очень развиты гуманитарные. Поэтому в его случае такая теория — результат игры воображения», — отметил Полищук в беседе с RT.
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. сайт - В среду, 14 марта, стало известно, что в возрасте 76 лет 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.
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.
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.
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".
В новой работе Хокинг и Хертог говорят, что модель бесконечной инфляции является неверной, поскольку законы Общей теории относительности Эйнштейна разбиваются на квантовом уровне, становясь бесполезными.
«Проблема с привычной моделью бесконечной инфляции связана с тем, что она предполагает существование фоновой вселенной, которая эволюционирует в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна и рассматривает квантовые эффекты лишь как незначительные флуктуации», — объясняет Хертог.
«Однако динамика бесконечной инфляции стирает разделение между классической и квантовой физикой. Как следствие, теория Эйнштейна распадается в бесконечной инфляции».
Новая теория берет в основу теорию струн – одну из моделей, которая пытается увязать Общую теорию относительности с квантовой теорией, заменяя самые мельчайшие частицы из физики частиц крошечными колеблющимися одномерными струнами.
Согласно голографическому принципу в теории струн, объем пространства может быть описан его границами. Другими словами, в некотором смысле наша Вселенная подобна голограмме, в которой физически реальное трехмерное пространство может быть математически сведено к 2D-проекции на его поверхности.
Ученые предложили вариацию голографического принципа, который проецирует временное измерение в бесконечной инфляции, что позволяет описать общий концепт без необходимости полагаться на Общую теорию относительности. Это в свою очередь позволило исследователям математически сократить бесконечную инфляцию до бесконечного состояния на пространственной поверхности с начала Вселенной – голограммы бесконечной инфляции.
«Когда мы отслеживали эволюцию нашей Вселенной назад во времени, в какой-то момент мы достигли порога бесконечной инфляции, где наше знакомое понятие времени перестает иметь какое-либо значение», — отмечает Хертог.
В 1983 году Хокинг вместе с физиком Джеймсом Хартлом предложили концепцию безграничной теории Вселенной. В ней ученые говорили о том, что в момент Большого взрыва во Вселенной было только пространство, но не было времени и границ. Концепция Хокинга и Хартла допускала существование параллельных миров, для которых определена единая волновая функция. В этом многообразии вселенных наблюдаемая человеком действительность - лишь одна из возможных.
Согласно новой теории, ранняя Вселенная имела границы, и это позволило Хокингу и Хертогу получить более надежные прогнозы относительно ее структуры.
«Мы прогнозируем, что наша Вселенная в общем масштабе достаточно гладкая и имеет границы. Она не представляет собой фрактальную структуру», — сказал Хокинг.
Полученные в результате этой работы выводы не опровергают идею мультивселенных, однако сокращают их до гораздо меньшего диапазона. Другими словами, теорию мультивселенной в будущем можно будет проверить, если, конечно, выводы Хокинга и Хертога удастся повторить и подтвердить другими физиками.
Сам Хертог хотел бы проверить свои с Хокингом выводы через наблюдения за гравитационными волнами, которые могли бы создаваться бесконечной инфляцией. Эти волны слишком огромны для того, чтобы их можно было определить с помощью интерферометра LIGO, однако будущие интерферометры гравитационных волн, такие как наземный LISA, а также последующие наблюдения за фоновым космическим излучением могли бы их выявить, считает исследователь.
