Основные идеи стивена хокинга. Стивен Хокинг - Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной Самая известная теория стивена хокинга

8 января 1942 года, через 300 лет после смерти Галилея, в британском Оксфорде родился Стивен Уильям Хокинг. Примерно 200 тысяч других детей также появились на свет в тот день, но только один стал величайшим физиком-теоретиком и космологом. В начале 1960-х у Хокинга стали проявляться признаки бокового амиотрофического склероза (болезнь Лу Герига), которые привели к параличу.

"Почти совершенное воплощение свободного духа, огромного интеллекта, человека, который мужественно преодолевает физическую немощь, отдавая все силы на расшифровку "божественного замысла", - таким описывает Хокинга в своей книге немецкий популяризатор науки Хуберт Мания.

Достижения Хокинга в науке неоспоримы. "РГ" расскажет о некоторых самых популярных теориях великого физика.

Излучение Хокинга

Излучение Хокинга - гипотетический процесс "испарения" черных дыр, то есть испускания разнообразных элементарных частиц (преимущественно фотонов).

Процесс был предсказан Хокингом в 1974 году. Его работе, кстати, предшествовал визит в Москву в 1973 году, где он встречался с советскими учеными: одним из создателей атомной и водородной бомб Яковом Зельдовичем и одним из основоположников теории ранней Вселенной Алексеем Старобинским.

"Когда огромная звезда сжимается, ее гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может больше покидать ее пределы. Область, из которой ничто не может выйти, и называется "черная дыра". А ее границы называются "горизонт событий", - так поясняет Хокинг.

Отметим, 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 начал изучать поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики. Он выяснил, что частицы могут выходить за ее пределы и что черная дыра не может быть абсолютно черной, то есть - существует остаточная радиация. Коллеги-ученые рукоплескали: все теперь изменилось! Информация об открытии распространилась в научной среде как ураган. И эффект произвела аналогичный.

Позже Хокинг обнаружил и механизм, посредством которого черные дыры могут излучать радиацию. Он пояснил, что с точки зрения квантовой механики пространство наполнено виртуальными частицами. Они постоянно материализуются парами, "разлучаются", снова "встречаются" и аннигилируют. Вблизи черной дыры одна из пары частиц может упасть в нее, и тогда у второй не останется пары для аннигиляции. Такие "брошенные" частицы и образуют радиацию, которую излучает черная дыра.

Из этого Хокинг делает вывод, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.

"Эйнштейн так и не принял квантовую механику из-за связанного с ней элемента случайности и неопределенности. Он сказал: Бог не играет в кости. Похоже, что Эйнштейн ошибся дважды. Квантовый эффект черной дыры позволяет предположить, что Бог не только играет в кости, но и иногда бросает их туда, где их нельзя увидеть", - считает Хокинг.

Излучение черных дыр - или излучение Хокинга - показало, что гравитационное сжатие не настолько окончательно, как было принято считать ранее: "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".

Вопрос существования Бога

В 1981 году Хокинг побывал на конференции по космологии в Ватикане. После конференции Папа Римский дал аудиенцию ее участникам и сказал им, что они могут изучать развитие Вселенной после большого взрыва, но не сам большой взрыв, поскольку это - момент творения, а стало быть - дело Божье.

Позже Хокинг признался, что был рад тому, что Папа не знал тему лекции, которую ученый прочел перед этим. Она как раз касалась теории, согласно которой у Вселенной не было начала, момента творения как такового.

Подобные теории были и в начале 1970-х годов, они говорили о фиксированном пространстве и времени, которые на протяжении вечности были пустыми. Затем, по какой-то неизвестной причине, образовывалась точка - вселенское ядро - и происходил взрыв.

Хокинг полагает, что "если мы движемся назад во времени, мы доходим до сингулярности большого взрыва, в которой законы физики не действуют. Но есть другое направление движения во времени, которое позволяет избежать сингулярности: оно называется воображаемым направлением времени. В нем можно обойтись без сингулярности, которая является началом или концом времени".

То есть появляется момент в настоящем, которому совсем не обязательно сопутствует цепочка моментов в прошлом.

"Если у Вселенной было начало, мы можем предполагать, что у нее был и создатель. Но если Вселенная является самодостаточной, не имеет границы или края, значит, она не была создана и не будет уничтожена. Она просто существует. Где же тогда место для ее создателя?" - вопрошает физик-теоретик.

"От большого взрыва до черных дыр"

С таким подзаголовком в апреле 1988 года в свет вышла книга Хокинга "Краткая история времени", моментально ставшая бестселлером.

Эксцентричный и в высшей степени умный Хокинг активно занимается популяризацией науки. В его книге хоть и рассказывается о появлении Вселенной, о природе пространства и времени, черных дырах, встречается одна единственная формула - E=mc² (энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света в свободном пространстве).

До 20 века считалось, что Вселенная - вечна и неизменна. Хокинг весьма доступным языком доказывал, что это не так.

"В свете от далеких галактик происходит смещение в сторону красной части спектра. Это означает, что они удаляются от нас, что Вселенная расширяется", - говорит он.

Статичная Вселенная кажется привлекательнее: она существует и может продолжить существовать вечно. Она - нечто незыблемое: человек стареет, но Вселенная всегда так же молода, как в момент формирования.

Расширение Вселенной позволяет предположить, что у нее, в какой-то момент в прошлом, было начало. Этот момент, когда Вселенная начала свое существование, и получил название большого взрыва.

"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.

Человечество ждет гибель

Можно увидеть, как чашка падает со стола и разбивается. Но нельзя увидеть, как она собирается обратно из осколков. Увеличение беспорядка - энтропии - именно то, что отличает прошлое от будущего и придает направление времени.

Хокинг задался вопросом: что произойдет, когда Вселенная прекратит расширяться и начнет сжиматься? Увидим ли мы, как разбитые чашки собираются из осколков?

"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.

Попытки создать математическую модель теории не увенчались успехом. Позже Хокинг признал свою ошибку. По его мнению, она заключалась в том, что он использовал слишком простую модель Вселенной. Время не повернет свой ход вспять, когда Вселенная начнет сжиматься.

"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 допускает, что Вселенную все-таки ожидает финал. Однако, оговаривается, что у него, как у пророка конца света, не будет возможности оказаться в то время - через много биллионов лет - и осознать свою ошибку.

Согласно теории Хокинга, спасти человечество при таком раскладе может только способность оторваться от Земли.

Инопланетяне существуют

Люди отправляют в космос беспилотные аппараты с изображениями человека и координатами, указывающими расположение нашей планеты. В космос посылают радиосигналы, в надежде, что их заметят инопланетные цивилизации.

Если верить Хокингу, то встречи с представителями других планет не сулят землянам ничего хорошего. Основываясь на своих знаниях, он не отрицает возможность существования внеземной цивилизации, но надеется, что встречи не произойдет.

В документальном телесериале канала Discovery он высказал мнение о том, что если технологии инопланетян будут превосходить земные, они обязательно образуют на Земле свою колонию и поработят человечество. Хокинг сравнил этот процесс с прибытием Колумба в Америку и последствиями, которые ожидали коренное население континента.

"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.

Даже близкие и друзья космолога отмечают, что нельзя верить каждому его слову. Он - искатель. А в таком деле допущений больше, чем фактов, и ошибки неизбежны. Но даже при этом его изыскания дают человеку пищу для ума, точку, от которой можно начать поиск ответа на вопрос о существовании человека и Вселенной.

"Ответ на этот вопрос будет величайшим триумфом человеческого разума, ибо тогда мы познаем ум Бога", - говорит Хокинг.

Хокинг разработал теорию о том, что черные дыры «испаряются» за счет особого излучения, которое потом назвали его именем.

До этого открытия ученые считали, что черные ничего не излучают, а лишь поглощают. Он доказал, что черные дыры не совсем черные, так как излучают остаточную радиацию.

Также Хокинг делает вывод, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.

Эйнштейн так и не принял квантовую механику из-за связанного с ней элемента случайности и неопределенности. Он сказал: Бог не играет в кости. Похоже, что Эйнштейн ошибся дважды. Квантовый эффект черной дыры позволяет предположить, что Бог не только играет в кости, но и иногда бросает их туда, где их нельзя увидеть. Стивен Хокинг.

Был одним из выдающихся физиков-теоретиков современности. За свою непростую 76-летнюю историю (1942-2018) Хокингу удалось сформировать ряд фундаментальных предположений и теорий, благодаря которым мы сегодня знаем несколько больше о том, как устроен космос и физика окружающего мира.

Оглянемся на некоторые из важнейших достижений талантливого ученого:

Основополагающая работа по изучению сингулярности

Гравитационной сингулярностью принято считать одномерную точку, которая содержит бесконечно большую массу в бесконечно малом пространстве. В сингулярности гравитация становится бесконечной, пространственно-временной континуум изгибается бесконечно, а законы физики, какими мы их знаем, перестают существовать.

Совместно с английским физиком-математиком Роджером Пенроузом, Стивен Хокинг выполнял инновационную исследовательскую работу, результатом которой стало аргументированное предположение существования сингулярности, и теория о том, что с неё началась Вселенная.

Работа над открытием четырех законов механики черных дыр

Совместно с Джеймсом Барнидом и Брендоном Картером, Стивен Хокинг открыл четыре закона механики черных дыр. Эти законы аналогичны законам термодинамики, и описывают физические свойства, которые, как предполагается, присущи черным дырам. В январе 1971 года эссе Хокинга на тему черных дыр стало лауреатом престижной премии Gravity Research Foundation Award .

Теория о том, что черные дыры испускают излучение

Долгие годы физики считали, что ничто не может покинуть пределы черной дыры. В 1974 году Стивен Хокинг предложил теоретическую аргументацию того, что черные дыры всё же испускают излучение, которое продолжает движение, пока не растратит всю энергию и не растворится. Несмотря на противоречия вокруг теории Стивена, в физике появился новый термин — «излучение Хокинга», работы над изучением которого продолжаются и сегодня в рамках экспериментальных исследований на .

Вклад в теорию космической инфляции

Введенная Аланом Гутом в 1980 году, теория космической инфляции предполагает, что после Большого Взрыва Вселенная расширялась экспоненциально, после чего замедлилась. Стивен Хокинг стал одним из первых ученых, кто рассчитал квантовые флуктуации, которые возникали в ходе космической инфляции, а также предложил объяснение того, как они могли повлиять на расширение галактик во Вселенной. Сегодня инфляционная модель Вселенной имеет немало сторонников среди научного сообщества, однако имеет и ряд критиков, в числе которых упомянутый ранее английский физик Роджер Пенроуз.

Предположение важной модели исходного состояния Вселенной

В 1983 году, совместно с Джеймсом Хартлом, Стивен Хокинг опубликовал теоретическую модель, известную сегодня как «состояние Хартла-Хокинга». Теория предполагала, что времени не существовало до Большого Взрыва, поэтому концепция начала Вселенной бессмысленна. Вселенная в состоянии Хартла-Хокинга не имеет начала, так как у нее нет исходных границ во времени и пространстве. Модель остается одной из наиболее поддерживаемых теорий об исходном состоянии Вселенной.

Работа над теорией «нисходящей космологии»

В 2006 году Стивен Хокинг совместно с Томасом Хертогом из предложил теорию «нисходящей космологии», которая заключалась в том, что у Вселенной не было одного уникального исходного состояния, и она состояла из наложений многих возможных исходных состояний. Таким образом, если мы не знаем исходного состоянии в начале Вселенной, мы не можем получить восходящую модель. Это оставляет возможность только для нисходящего подхода, так как мы знаем окончательное состояние Вселенной — это состояние, в котором мы находимся сейчас. Теория нашла много сторонников, во многом благодаря и тому, что сочеталась также с известной теорией струн.

Авторство книги «Краткая история времени»

В 1988 году вышла в свет книга Стивена Хокинга — «Краткая история времени» . В ней ученый раскрывает диапазон тем из космологии, включая Большой взрыв, черные дыры и конусы света. Книга написана приземлённым нетехническим языком, чтобы понятно донести сложные идеи среднестатистическому читателю. После своего выхода «Краткая история времени» сразу стала бестселлером и за 20 лет была реализована в количестве более 10 миллионов экземпляров. Книге также удалось оставаться рекордные 237 недель в списке бестселлеров газеты British Sunday Times . Выход работы серьезно усилил международную репутацию Хокинга как ученого, после чего СМИ придумали прозвище Стивену — «хозяин Вселенной».

Работа над рядом других популярных книг

После «Краткой истории времени» были опубликованы некоторые другие работы Хокинга, которые стали довольно популярными, включая Black Holes and Baby Universes and Other Essays (1993) , The Universe in a Nutshell (2001) , On The Shoulders of Giants (2002) , and God Created the Integers: The Mathematical Breakthroughs That Changed History (2005) . Стивен также стал соавтором серии художественных романов со своей дочерью Люси Хокинг.

Научные награды

В 1974 году через несколько недель после объявления теории излучении Хокинга, Стивен стал одним из самых молодых членов Королевского общества в Лондоне. В 1982 году его назначили Командором ордена Британской империи. В 1985 году он получил Золотую медаль Королевского астрономического общества. В 1987 году был награжден Медалью Дирака, присужденной Институтом Физики за неоценимый вклад в науку. Буквально каждый новый год исследования Стивена Хокинга будут оцениваться различными наградами от научных сообществ по всему миру.

Место в рейтинге 100 великих британцев

В опросе 2002 году, проводимом компанией BBC в Великобритании, общественность определила, что за свои достижения Стивен Хокинг достоен 25 места в списка 100 величайших британцев в истории.

О других любопытных моментах из жизни выдающегося ученого вы сможете также узнать из документального фильма о Стивене Уильяме Хокинге.

Следить за выходом наших новых материалов теперь также можно и через Telegram-канал (@under35) . Присоединяйтесь!

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.

• Стивен Хокинг
• Lucas Jackson / Reuters

В поисках параллельных вселенных

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.

«Вселенная — это голограмма»

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.