4 теории Стивена Хокинга, которые оказались верными и 6, в которых мы пока не уверены
Некоторые из теорий Хокинга произвели революцию в понимании Вселенной, однако, другие все еще заставляют ученых ломать голову.
Стивен Хокинг читает лекцию в музее науки Блумфилда в Иерусалиме. Декабрь 2006 года.
ФОТО: Getty Images
Стивен Хокинг был одним из величайших физиков-теоретиков современности. Наиболее известный своими выступлениями в популярных средствах массовой информации и своей пожизненной борьбой с изнурительными болезнями, он сделал огромный вклад в развитие астрономии своей блестящей пятидесятилетней научной карьерой. Начиная с докторской диссертации в 1966 году, его новаторская работа продолжалась безостановочно вплоть до последней работы в 2018 году, завершенной всего за несколько дней до его смерти в возрасте 76 лет.
Хокинг работал на ведущем интеллектуальном рубеже физики, и его теории часто казались причудливо далекими. Тем не менее, они постепенно принимаются научным сообществом находя подтверждающие факты. Умопомрачительные взгляды на черные дыры и объяснение происхождения Вселенной — вот некоторые из его теорий, которые были подтверждены … некоторые же из них все еще рождают только вопросы.
Большой взрыв
Иллюстрация обширности Вселенной — начиная с Большого взрыва около 13,8 миллиардов лет назад.
Изображение: Getty Images
Докторская диссертация Хокинга была написана в критический момент, когда между двумя конкурирующими космологическими теориями — теорией «Большого взрыва» и теорией «Стационарного состояния» разгорелись жаркие споры. Обе теории допускали, что Вселенная расширяется, но в первой теории она расширяется из ультракомпактного, сверхплотного состояния в конечное время в прошлом, в то время как вторая предполагает, что Вселенная расширялась вечно, и для поддержания постоянной плотности постоянно создавалась новая материя.
В своей диссертации Хокинг показал, что теория «Стационарного состояния» математически самопротиворечива. Он утверждал, что Вселенная возникла из бесконечно малой, бесконечно плотной точки, называемой сингулярностью. На данный момент теория Хокинга почти повсеместно принята среди ученых.
Черные дыры существуют!
Первое изображение черной дыры в центре галактики Мессье 87, сделанное телескопом Event Horizon Telescope — опубликовано Национальным научным фондом в 2019 году.
Фото: Getty Images
Больше всего имя Хокинга ассоциируется с черными дырами — еще одним видом сингулярности, образующейся, когда звезда подвергается полному коллапсу под действием собственной гравитации. Эти математические курьезы возникли из общей теории относительности Эйнштейна, и они обсуждались в течение десятилетий, когда Хокинг обратил на них свое внимание в начале 1970-х годов.
Согласно статье в журнале Nature, его гениальный ход состоял в том, чтобы объединить уравнения Эйнштейна с уравнениями квантовой механики, превратив то, что раньше было теоретической абстракцией, во что-то, что выглядело так, как будто оно действительно могло существовать во Вселенной. Окончательное доказательство правоты Хокинга пришло в 2019 году, когда телескоп Event Horizon получил прямое изображение сверхмассивной черной дыры, скрывающейся в центре гигантской галактики Мессье 87.
Излучение Хокинга
Излучение Хокинга в представлении художника.
Изображение: Getty Images
Черная дыра получила свое название из-за того, что ее гравитационное притяжение настолько сильно, что фотоны или частицы света не могут покинуть ее. Граница этой области называется горизонтом событий. Но в своих ранних работах по этой теме Хокинг утверждал, что правда более тонкая.
Применяя квантовую теорию, а именно идею о том, что пары «абстрактных фотонов» могут спонтанно создаваться из ничего, он понял, что некоторые из этих фотонов, по-видимому, излучаются черной дырой. Эта теория, которую теперь называют излучением Хокинга, была подтверждена в лабораторном эксперименте в Израильском технологическом. Вместо реальной черной дыры исследователи использовали акустический аналог — «звуковую черную дыру», из которой звуковые волны не могут выйти. Они обнаружили эквивалент излучения Хокинга в точном соответствии с предсказанием физика.
Теорема о площадях черных дыр
Иллюстрация гравитационных волн, испускаемых двумя черными дырами, вращающимися друг вокруг друга.
Изображение: Getty Images
В классической физике энтропия или беспорядок системы, который может только увеличиваться со временем, никогда не уменьшается. Вместе с Якобом Бекенштейном Хокинг предположил, что энтропия черной дыры измеряется площадью поверхности окружающего ее горизонта событий.
Недавнее открытие гравитационных волн, излучаемых сливающимися парами черных дыр, показывает, что Хокинг снова был прав. Как Хокинг сказал BBC после первого такого события в 2016 году, «наблюдаемые свойства системы согласуются с предсказаниями о черных дырах, которые я сделал в 1970 году… площадь образовавшейся черной дыры стала больше, чем сумма площадей первоначальных черных дыр до слияния». Более поздние наблюдения предоставили дальнейшее подтверждение теоремы о площадях черных дыр Хокинга.
Итак, мир постепенно постигает удивительные предсказания Стивена Хокинга. Но есть еще немало теорий, которые только предстоит доказать:
Информационный парадокс
Иллюстрация объектов, попадающих в черную дыру.
Изображение: Getty Images
Существование излучения Хокинга создает серьезную проблему для теоретиков. Видимо, это единственный физический процесс, который удаляет информацию из Вселенной.
Основные свойства материала, из которого образовалась черная дыра, кажутся утерянными навсегда, а выходящее излучение ничего не говорит нам о них. Это так называемый информационный парадокс, который ученые пытались решить десятилетиями. Собственный взгляд Хокинга на загадку, опубликованный в 2016 году, заключается в том, что информация на самом деле не потеряна. Он хранится в облаке частиц с нулевой энергией, окружающем черную дыру, которую он назвал «мягкими волосами». Но теорема Хокинга о волосатой черной дыре — лишь одна из нескольких выдвинутых гипотез, и на сегодняшний день никто не знает истинного ответа.
Первичные черные дыры
Цифровая иллюстрация черной дыры.
Изображение: Getty Images
Черные дыры создаются в результате гравитационного коллапса уже существующей материи, такой как звезды. Но также возможно, что некоторые из них были созданы спонтанно в очень ранней Вселенной, вскоре после Большого взрыва.
Хокинг был первым, кто глубоко исследовал теорию, лежащую в основе таких первичных черных дыр. Он предположил, что они могут иметь практически любую массу, от очень легкой до очень тяжелой. Однако, согласно его теории излучения, самые крошечные из них к настоящему времени бы «испарились».
Одна интригующая возможность, рассмотренная Хокингом, заключается в том, что первичные черные дыры могут составлять загадочную темную материю, которая, по мнению астрономов, пронизывает Вселенную. Однако, текущие данные наблюдений указывают на то, что это маловероятно. В любом случае, в настоящее время у нас нет инструментов наблюдения, чтобы обнаружить первичные черные дыры.
Мультивселенная
Концептуальная иллюстрация теории мультивселенной.
Изображение: Getty Images
Одной из тем, над которой Хокинг работал к концу своей жизни, была теория мультивселенной — идея о том, что наша Вселенная, возникшая в результате Большого взрыва, является лишь одной из бесконечного числа сосуществующих пузырьковых вселенных.
В своей последней статье 2018 года Хокинг, по его собственным словам, «попытаться приручить мультивселенную». Он предложил новую математическую основу, которая, не отказываясь от мультивселенной в целом, сделала ее конечной, а не бесконечной. Но, как и в случае с любыми спекуляциями о параллельных вселенных, мы не знаем, верны ли его идеи. И вряд ли в ближайшее время ученые смогут проверить его идею.
Гипотеза о защите хронологии
Кадр из фильма «Назад в будущее»
Как ни удивительно это звучит, законы физики — в том смысле, в каком мы их понимаем сегодня — не запрещают путешествия во времени. Решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна включают «замкнутые временные кривые», которые позволят вам вернуться в свое прошлое. Хокинга это беспокоило, потому что он чувствовал, что путешествие во времени назад порождает логические парадоксы, которые просто невозможны.
Поэтому он предположил, что некий неизвестный в настоящее время закон физики предотвращает возникновение замкнутых временных кривых — его так называемая «гипотеза защиты хронологии». Но «догадка» — это просто «догадка» на научном языке, и мы действительно не знаем, возможно ли путешествие во времени или нет.
Создатель
Адам, касающийся пальцев Бога. Изображение представляет собой адаптированную версию работы Микеланджело над Сикстинской капеллой, написанной между 1508-1512 годами.
Изображение: Getty Images
Один из вопросов, который чаще всего задают космологам, — «что было до Большого взрыва?» По мнению Хокинга, вопрос бессмысленен. Фактически само время, а также Вселенная и все, что в ней, началось с Большого взрыва. Вселенная появилась из ничего, и Большой взрыв был вызван… ничем!
Впрочем, уже в следующую секунду после этого события произошло нечто удивительное: началось время. Именно поэтому вернуться назад во времени до Большого взрыва невозможно – его просто не существовало. А значит, не было и причины появления Вселенной, ведь для наличия причинно-следственной связи тоже требуется время. У Бога просто не было времени создать причину появления Вселенной. Для самого Стивена Хокинга все это означает невозможность создания и самого создателя, потому что для этого тоже не было времени.
«Пока мы полагали, что Вселенная имеет начало, роль создателя казалась ясной, – пишет Хокинг в книге «Кратчайшая история времени». – Но если Вселенная действительно полностью автономна, не имеет ни границ, ни краев, ни начала, ни конца, то ответ на вопрос о роли создателя перестает быть очевидным».
У Бога просто не было времени создать причину появления Вселенной. Для самого Стивена Хокинга все это означает невозможность создания и самого создателя, потому что для этого тоже не было времени.
Многие люди не согласятся с этим мнением, но Хокинг выражал его неоднократно на протяжении всей своей жизни. Ответ на его теорию мы, скорее всего, так никогда и не узнаем.
Пророчества Судного Дня
Кадр из фильма «Терминатор 2: Судный день».
В последние годы своей жизни Хокинг сделал серию мрачных пророчеств относительно будущего человечества, к которым он, возможно, относился серьезно.
Они варьируются от предположения о том, что неуловимый бозон Хиггса, или «частица Бога», может вызвать вакуумный пузырь, который поглотит Вселенную, до враждебных инопланетных вторжений и захвата человечества искусственным интеллектом. Хотя Стивен Хокинг был прав во многих вещах, нам остается только надеяться, что он ошибался в этом.
у Стивена Хокина знание в космологии были на уровне 10 класса и не более, а ученные запада еще раз показали незнание свойств черных дыр основ физики и философии
Мунир Хайрутдинов
Мунир, начнем с того, что «…а ученные запада…»
Good blog you have got here.. It’s hard to find high quality writing like yours these days.
I honestly appreciate people like you! Take care!!
Добрый день! Спасибо за публикацию. У вас очень интересный и насыщенный информацией портал, но не хватает имён и регалий авторов публикаций. Научные статьи не должны быть безымянными, иначе они не авторитетны и на них сложно ссылаться.
Доброго времени, Кристина
Ваше замечание будет принято во внимание
В настоящее время имеется совершенно новая теория, которая не опубликована в научных журналах, но издана в виде книги — «Теория Ладана».
В данной теории раскрывается суть тёмной энергии, доказывается, что тёмной материи не существует, раскрывается суть гравитации и прочих явлений, а также опровергаются некоторые выводы Хокинга.