Белые пятна черных дыр: главная теория Стивена Хокинга

14 марта 2018 г.
140

Белые пятна черных дыр: главная теория Стивена Хокинга

Один из самых ярких представителей мировой науки, чьи идеи сформировали современную космологию и вдохновили миллионы людей, скончался в своем доме в Кембридже 14 марта на 77-м году жизни. Один из основоположников квантовой космологии, Стивен Хокинг внес большой вклад в исследования черных дыр. Чем мы обязаны Хокингу - в материале РБК.

Стивен Хокинг получил известность благодаря изучению модели расширяющейся Вселенной и космологической сингулярности — описываемого этой моделью состояния Вселенной. Главные же его достижения как физика-теоретика связывают с исследованием черных дыр. Он одним из первых в 1970-х начал изучать поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики. 

Неизлечимо, но преодолимо

Живущие в тени смерти нередко становятся долгожителями. В случае Стивена Хокинга ранняя диагностика бокового амиотрофического склероза и прогноз скорой смерти, а также смерть страдавшего лейкемией мальчика, вместе с которым будущий ученый лежал в госпитале, ознаменовали рождение новой цели.

«Цель проста: полное понимание Вселенной. Почему она такая, какая есть, и почему она вообще существует», — объяснял Хокинг позднее.

Выпускник Оксфордского университета, в 1960-е он передвигался с помощью костылей. К концу десятилетия ему пришлось пересесть в коляску, с которой он никогда больше не встанет.

Вопреки прогнозам врачей, заболевание Хокинга прогрессировало медленно, поэтому ученому хватило времени, чтобы положить начало новым теориям и открытиям.

«Хотя будущее мое было туманным, я с удивлением обнаружил, что наслаждаюсь жизнью больше, чем раньше. Я сосредоточился на прогрессе своих исследований», — рассказывал ученый.
Стивен Хокинг родился в 1942 году в Оксфорде. В 20 лет он окончил Оксфордский университет со степенью бакалавра по математике и физике, а спустя четыре года, когда ему было 24, получил степень доктора философии в колледже Тринити-холл Кембриджского университета.

Прорывные черные дыры

Первый прорыв в исследованиях пространственно-временной сингулярности произошел в 1970 году, когда Хокинг вместе с коллегой, Роджером Пенроузом, написал эссе «Сингулярность и геометрия пространства-времени», за что получил награду Королевского астрономического общества.

По словам Пенроуза, Хокинг обладал «непоколебимой решимостью» устранить все препятствия на пути к цели:

«Он был уверен, что жить ему осталось недолго, и действительно желал осуществить все задуманное за отмеренный ему срок».

В 1974 году Хокинг применил квантовую теорию, чтобы объяснить температуру и излучение черных дыр. Еще до публикации своей работы ученый встречался с советскими коллегами — Яковом Зельдовичем и Владимиром Грибовым, которые продемонстрировали ему, что черные дыры должны порождать и излучать фотоны.

Ассистент Колин Уильямс со Стивеном Хокингом в Гарвардском университете в Кембридже, 1984
© DAVID L. RYAN/THE BOSTON GLOBE VIA GETTY IMAGES

До сих пор «излучение Хокинга» считается главным открытием ученого.

Некоторое время физик был убежден, что информация, попадающая в черную дыру, бесследно исчезает. Однако это предположение противоречило открытию об излучении, поэтому многие ученые не соглашались с ним. В конце концов, Хокинг пересмотрел свои взгляды и сделал вывод, что информация сохраняется у «кромки» черной дыры и кодируется в излучение.

Излучение Хокинга

Хокинга можно считать одним из создателей квантовой космологии. В 1973 году он первым рассчитал поведение квантовых полей при наличии горизонта событий (горизонт событий — ограничивающая черную дыру воображаемая световая поверхность, из пределов которой свет не может попасть наружу). До публикаций Хокинга считалось, что в черной дыре исчезает вся информация о поглощенных ею объектах за исключением трех параметров — массы, электрического заряда и момента импульса, но это противоречило некоторым постулатам квантовой механики.

Хокинг предположил, что информация хоть и исчезает в черной дыре, но возвращается в нашу Вселенную в виде излучения Хокинга. Черная дыра поглощает одну половину пары «частица — античастица», а другая половина возвращается обратно в космос в виде разных элементарных частиц, в основном фотонов, унося с собой небольшую часть энергии черной дыры.

Reuters
В 1963 году, когда Хокингу был 21 год и он заканчивал Оксфордский университет, врачи диагностировали у него неизлечимое заболевание — боковой амиотрофический склероз (БАС) — заболевание двигательных нейронов, которое лишает мышцы человека возможности двигаться.

Таким образом, черные дыры постепенно испаряются, теряя массу. В своих работах ученый показал, каким может быть не противоречащий законам квантовой механики подход к анализу состояний черной дыры до того, как она поглотила материю, и после. Таким образом, он разрешил важное противоречие, существовавшее в современной астрофизике.

В докладе, представленном в 2015 году, Хокинг предположил, что информация, попавшая в черную дыру, не исчезает и не записывается где-то внутри нее, а хранится в области горизонта событий в виде своего рода голограммы. Ученый высказал гипотезу, что частицы, покидающие черную дыру в результате излучения Хокинга, могут вновь получать утерянную информацию с этой поверхности.

«Эйнштейн никогда не принимал квантовую механику из-за присущего ей элемента случайности и непостоянства. Он говорил: «Господь не играет в кости». Он был неправ дважды. Наличие черных дыр доказывает, что Господь не только играет в кости, но еще и бросает их туда, где никто не сможет их увидеть».

Куда движется Вселенная

Руководствуясь общей теорией относительности Эйнштейна, Хокинг приоткрыл миру тайну возникновения «всего»: Вселенная должна была родиться из сингулярности и вспыхнуть Большим взрывом, который привел ее к расширению.

Впоследствии он скорректировал выводы и заключил, что понятия начала Вселенной не может быть, поскольку до Большого взрыва не существовало и времени.

© AP PHOTO/BEBETO MATTHEWS

В бестселлере «Краткая история времени» Хокинг предложил термин «полюс» — место без границ в начале мироздания — и отказался от понятия сингулярности как момента рождения Вселенной.

Популяризация науки

Хокинг получил признание как один из величайших популяризаторов науки в истории. В 1988 году была издана самая известная его книга — «Краткая история времени».

Вскоре она стала мировым бестселлером, была переведена на десятки языков, а продажи за первые 20 лет превысили 10 млн штук. В книге относительно простым языком объяснялись самые сложные понятия в современной науке.

Russell Boyce / Reuters
Хокинг дважды был женат. Первой его супругой стала Джейн Уайлд, с которой он познакомился в университете. ​Брак молодые люди заключили в 1965 году, впоследствии у них родилось трое детей — Люси, Роберт и Тим. В 1995 году этот союз распался. Историю о непростых отношениях супругов в 2015 году снял режиссер Джеймс Марш. Актер Эдди Редмэйн, исполнивший во «Вселенной Стивена Хокинга» роль ученого, получил за свою работу «Оскар».

Помимо классических научно-популярных работ Хокинг вместе с дочерью Люси также писал детские научно-популярные книги.

«Всю свою жизнь я поражался тем главным вопросам, с которыми нам приходится сталкиваться, и пытался найти для них научный ответ. Возможно, поэтому я продал больше книг про физику, чем Мадонна про секс».

Прогнозы о будущем человечества

Для человечества у Хокинга были печальные новости: он предрекал и экологические катастрофы, и угрозу уничтожения Земли объектами из космоса, и гибель в результате ядерной войны. Одновременно ученый призывал направить усилия на сохранение наследия и разработать программы покорения Вселенной, чтобы в итоге найти новый «дом».

«Когда вы встретите человека, отрицающего изменение климата, отправьте его на Венеру. Я оплачу проезд», — говорил ученый.

Один из его неутешительных прогнозов гласил, что человечество сгинет уже к 2600 году, если учитывать, что нашей планете 4,5 млрд лет. Виной тому будет перенаселение.

Юрий Мильнер и Стивен Хокинг
© JEMAL COUNTESS/GETTY IMAGES

Другая теория — превращение Земли в огненный шар из-за безграничного потребления энергии. В последние годы Хокинг занимался проектом российского бизнесмена Юрия Мильнера Breakthroug Starshot, призванным создать аппарат-разведчик с солнечным парусом, который долетит до землеподобной планеты в системе Альфа Центавра за 20 лет.

Хокинг также высказывал опасения по поводу развития искусственного интеллекта, который, в конечном счете, «полностью заменит людей» и станет новой формой жизни.

Помимо экологических катастроф и перенаселения, людям, по мнению Хокинга, угрожают инопланетяне. В связи с этим ученый выступал против поиска других форм жизни во Вселенной и призывал не откликаться на возможные сигналы с других планет. Хокинг объяснял свои опасения примером открытия Америки — событием, которое стало губительным для коренных жителей материка.

На экране и в альбоме Pink Floyd

Несмотря на то что с конца 1960-х Хокинг был прикован к инвалидной коляске, он не только продолжал заниматься наукой, но ездил по миру (в 1973 году, например, он посетил СССР), интересовался политикой, выступал против войны во Вьетнаме и Ираке, испытывал на себе состояние невесомости и даже снимался в кино и рекламе.

В 1991 году на экраны вышел документальный фильм «Краткая история времени» американца Эррола Морриса. В его основу лег одноименный научно-популярный бестселлер Хокинга.

Кадр из фильма «Краткая история времени»

Картина, в съемках которой принял участие ученый, рассказывала не только о его научных достижениях, но и о повседневной жизни.

Стоит отметить, что за 20 лет было продано более 10 млн экземпляров «Краткой истории времени», правда, ее же окрестили «самой популярной книгой, которую никогда не читали». Ученый говорил, что мечтал написать книгу, которая будет продаваться в ларьках в аэропорту.

«Но для этого, похоже, издателю нужно будет поместить на обложку голую женщину», — добавлял он.

Стивен Хокинг появлялся на экране и в сериалах. Первый подобный опыт ученый получил в многосерийном фильме «Звездный путь: Следующее поколение». В нем Хокинг сыграл в покер с андроидом по имени Дейт, а их партнерами стали Исаак Ньютон и Альберт Эйнштейн.

В популярном сериале «Теория большого взрыва» астрофизик участвовал в нескольких эпизодах. В одной из серий встречи со своим кумиром добивался Шелдон Купер, а оказавшись на ней, упал в обморок. «Ну вот, еще один припадочный», — восклицал Хокинг.

Кадр из сериала «Теория большого взрыва»
© KINOPOISK.RU

В 1985 году Стивен Хокинг перенес воспаление легких, в результате чего ему была сделана трахеостомия. Ученый потерял возможность говорить и стал пользоваться синтезатором речи. Несмотря на это, он участвовал в озвучании «Симпсонов» и «Футурамы». Синтезированный голос Хокинга вдохновлял и музыкантов. Например, он звучит на нескольких альбомах группы Pink Floyd: «The Division Bell» (1994, композиция «Keep Talking») и «The Endless River» (2014, композиция «Talkin' Hawkin'»).

Образ Стивена Хокинга на экране не раз воплощали знаменитые актеры. Первым в 2005 году стал Бенедикт Камбербэтч. В фильме телеканала BBC он сыграл ученого на заре его карьеры. А спустя 10 лет Стивен Хокинг «помог» получить «Оскар» британцу Эдди Редмейну. В 2014 году на экраны вышла мелодрама «Вселенная Стивена Хокинга», за роль в которой Редмейн получил награду Американской киноакадемии в номинации «Лучшая мужская роль».

Последняя экранная работа Стивена Хокинга относится к 2016 году. Тогда 74-летний ученый снялся в рекламном ролике автомобильного бренда Jaguar.

«Все знают меня как профессора Стивена Хокинга, физика, занимающегося понятиями пространства и времени. Но есть и другие стороны жизни, о которых вы, возможно, не знали: Стивен Хокинг еще и актер. Я всегда хотел сыграть типичного британского злодея. И теперь, благодаря Jaguar, мое желание сбылось», — отмечал он. 

© 2013-2018 Информационно-Развлекательный портал Таджикистана "TAJWEEK.TJ"