Teoria lui Hawking despre originea universului pe scurt. Principalele idei ale lui Stephen Hawking. Teoria compresiei universului

Stephen Hawking

Teoria tuturor

Introducere

În această serie de prelegeri voi încerca schiță generală vorbim despre ideile noastre despre istoria Universului de la Big Bang până la formarea găurilor negre. Prima prelegere este dedicată prezentare scurta idei despre structura Universului care au avut loc în trecut și povestea modului în care a fost construită imaginea modernă a lumii. Această parte poate fi numită istoria dezvoltării ideilor despre istoria Universului.

În a doua prelegere, voi descrie modul în care teoriile gravitaționale ale lui Newton și Einstein au condus la înțelegerea faptului că Universul nu poate fi constant - trebuie fie să se extindă, fie să se contracte. Din aceasta, la rândul său, rezultă că la un moment dat în intervalul de la 10 la 20 de miliarde de ani în urmă, densitatea Universului a fost infinită. Acest punct de pe axa timpului se numește Big Bang. Aparent, acest moment a fost începutul existenței Universului.

În a treia prelegere voi vorbi despre găurile negre. Ele se formează atunci când o stea masivă sau un corp cosmic mai mare se prăbușește sub propria sa gravitație. Conform teoriei generale a relativității a lui Einstein, oricine suficient de prost încât să cadă într-o gaură neagră va rămâne acolo pentru totdeauna. Nimeni nu va putea ieși de acolo. La singularitate, istoria existenței oricărui obiect se încheie. Totuși, teoria generală a relativității este o teorie clasică, adică nu ține cont de principiul incertitudinii mecanice cuantice.

În a patra prelegere, voi explica modul în care mecanica cuantică permite energiei să scape dintr-o gaură neagră. Găurile negre nu sunt atât de negre pe cât se crede că sunt.

În a cincea prelegere, voi vorbi despre aplicarea ideilor mecanicii cuantice la rezolvarea întrebărilor legate de Big Bang și originea Universului. Acest lucru ne va face să înțelegem că spațiu-timp poate fi finit, dar nu are graniță sau margine. Seamănă cu suprafața Pământului, dar cu încă două dimensiuni adăugate.

În cea de-a șasea prelegere voi arăta cum această nouă presupunere a graniței poate explica de ce trecutul este atât de diferit de viitor, chiar dacă legile fizicii sunt simetrice în timp.

În cele din urmă, în a șaptea prelegere, voi vorbi despre încercările de a formula o teorie unificată care acoperă mecanica cuantică, gravitația și toate celelalte interacțiuni fizice. Dacă reușim, vom putea înțelege cu adevărat Universul și locul nostru în el.

Prima prelegere

Idei despre Univers

Înapoi în 340 î.Hr. e. Aristotel, în tratatul său Despre ceruri, a formulat două argumente convingătoare în favoarea faptului că Pământul este sferic și nu plat ca o placă. În primul rând, și-a dat seama că eclipse de lună cauzate de trecerea Pământului între Soare și Lună. Umbra Pământului pe Lună este întotdeauna rotundă, iar acest lucru este posibil numai dacă Pământul are o formă sferică. Dacă Pământul ar fi un disc plat, umbra ar fi alungită și eliptică, cu excepția cazului în care Soarele ar fi fost direct deasupra centrului discului în momentul eclipsei.

În al doilea rând, din experiența călătoriilor lor, grecii știau că în regiunile sudice Steaua Polară este mai jos deasupra orizontului decât în ​​regiunile mai nordice. Pe baza diferenței dintre pozițiile aparente ale Stelei Polare din Egipt și Grecia, Aristotel oferă chiar și o estimare a circumferinței Pământului - 400 de mii de stadii. Nu se știe exact cu ce este egală o etapă (poate aproximativ 180 de metri). Estimarea lui Aristotel este atunci aproape de două ori mai mare decât valoarea acceptată în prezent.

Grecii antici aveau și un al treilea argument în favoarea faptului că Pământul ar trebui să fie sferic: altfel, de ce pânzele unei nave care se apropie apar mai întâi la orizont și abia apoi carena ei devine vizibilă? Aristotel credea că Pământul este staționar, iar Soarele, Luna, planetele și stelele se mișcau pe orbite circulare în jurul lui. A crezut așa pentru că, din considerente mistice, era convins că Pământul este centrul Universului, iar mișcarea circulară este cea mai perfectă.

Aristotel credea că Pământul este nemișcat, iar Soarele, Luna, planetele și stelele se mișcă pe orbite circulare în jurul lui.

În secolul I d.Hr e. această idee a fost dezvoltată de Ptolemeu într-un model cosmologic holistic. Pământul este situat în centru, înconjurat de opt sfere care poartă Luna, Soarele, stele și cele cinci planete cunoscute la acea vreme: Mercur, Venus, Marte, Jupiter și Saturn. Planetele se mișcă în cercuri cu raze mai mici, care sunt asociate cu sferele corespunzătoare. Acest lucru a fost necesar pentru a explica traiectoriile lor destul de complexe observate de mișcare pe cer. Pe sfera exterioară se află așa-numitele stele fixe, care își mențin pozițiile unul față de celălalt, dar toate împreună fac o mișcare circulară pe cer. Ce se află dincolo de sfera exterioară a rămas neclar, dar această parte a Universului era, fără îndoială, inaccesibilă pentru observație.

Modelul lui Ptolemeu a făcut posibilă prezicerea destul de precisă a pozițiilor corpurilor cerești pe cer. Dar pentru a face acest lucru, Ptolemeu a trebuit să admită că, uneori, Luna se apropie de Pământ de două ori mai mult decât în ​​alte momente ale mișcării sale de-a lungul traiectoriei prezise. Aceasta însemna că periodic Luna ar trebui să apară de două ori dimensiunea normală. Ptolemeu era conștient de acest neajuns, dar, în ciuda acestui fapt, modelul său a fost acceptat de majoritatea, deși nu de toți. Ea a primit aprobarea Biserica Crestina, ca o imagine a lumii, în concordanță cu Sfintele Scripturi. La urma urmei, acest model a avut un avantaj imens, deoarece a lăsat suficient spațiu pentru rai și iad în spatele sferei stelelor fixe.

Un desen antic înfățișând diverse modele cosmologice care explicau mișcarea planetelor. Diagrama centrală prezintă un model heliocentric (Soarele este în centru) al mișcării celor șase planete cunoscute la acel moment, sateliții lor și alte corpuri cerești care se învârt în jurul Soarelui. Din secolul al II-lea, sistemul ptolemaic geocentric (Pământul în centru) (stânga sus) a devenit modelul dominant. I-a urmat sistemul heliocentric al lui Copernic, publicat în 1543 (dreapta jos). Modelul egiptean (stânga jos) și modelul lui Tycho Brahe (dreapta sus) au încercat să păstreze ideea unui Pământ staționar ca centru al universului. Detalii despre orbitele planetelor sunt date în stânga și în dreapta.

Din Atlasul ilustrat de Johann Georg Heck, 1860.

Cu toate acestea, în 1514, preotul polonez Nicolaus Copernic a propus mult mai mult model simplu. La început, temându-se de acuzațiile de erezie, și-a publicat modelul anonim. El credea că Soarele staționar se află în centru, iar Pământul și planetele se mișcau în jurul lui pe orbite circulare. Din nefericire pentru Copernic, a trecut aproape o sută de ani până când ideile lui au fost luate în serios. Apoi doi astronomi - germanul Johannes Kepler și italianul Galileo Galilei - au venit public în sprijinul teoriei copernicane, în ciuda faptului că orbitele prezise pe baza acestei teorii erau oarecum diferite de cele observate. Dominația teoriei Aristotel-Ptolemeu a luat sfârșit în 1609, când Galileo Galilei a început să studieze cerul nopții folosind telescopul nou inventat.

În 1609, Galileo Galilei a început să studieze cerul nopții folosind un telescop nou inventat.

În timp ce observa Jupiter, Galileo a observat că planeta era însoțită de câțiva sateliți mici (luni) care orbiteau în jurul ei. Asta însemna că nu toată lumea corpuri cerești trebuie să se învârtă în jurul Pământului, așa cum credeau Aristotel și Ptolemeu. Desigur, încă era posibil să presupunem că Pământul este nemișcat și situat în centrul Universului, iar sateliții lui Jupiter se deplasează de-a lungul unor traiectorii extrem de complexe în jurul Pământului, astfel încât se creează aspectul revoluției lor în jurul lui Jupiter. Cu toate acestea, teoria lui Copernic era mult mai simplă.

În același timp, Kepler a dezvoltat teoria copernicană, sugerând că planetele se mișcă nu pe orbite circulare, ci pe orbite eliptice. Acum, predicțiile teoriei au coincis în sfârșit cu observațiile. În ceea ce îl privea pe Kepler, orbitele eliptice erau doar o ipoteză artificială și una foarte nefericită, deoarece elipsa era considerată o figură mai puțin perfectă decât un cerc. După ce a descoperit (aproape întâmplător) că orbitele eliptice corespund bine cu observațiile, el nu a putut împaca acest lucru cu ideea sa că planetele se învârt în jurul Soarelui sub influența forțelor magnetice.

Explicația a fost găsită mult mai târziu, în 1687, când Newton și-a publicat lucrarea „Principii matematice ale filosofiei naturale”. Aceasta este poate cea mai importantă lucrare de fizică publicată vreodată. În ea, Newton nu numai că a propus o teorie a mișcării corpurilor în spațiu și timp, dar a dezvoltat și un aparat matematic pentru analiza acestei mișcări. În plus, a formulat legea gravitației universale. Această lege afirmă că toate corpurile din Univers sunt atrase unele de altele cu o forță, care este mai mare, cu cât masa corpurilor este mai mare și cu atât sunt situate mai aproape unele de altele. Aceasta este aceeași forță care face ca obiectele să cadă pe pământ. Povestea mărului căzând asupra lui Newton este aproape sigur fictivă. Newton însuși a menționat doar că ideea gravitației i-a venit atunci când era într-o dispoziție contemplativă și a observat că cade un măr.

La 8 ianuarie 1942, la 300 de ani de la moartea lui Galileo, Stephen William Hawking s-a născut la Oxford, Anglia. În acea zi s-au născut și alți aproximativ 200 de mii de copii, dar doar unul a devenit cel mai mare fizician teoretic și cosmolog. La începutul anilor 1960, Hawking a început să prezinte semne de scleroză laterală amiotrofică (boala Lou Gehrig), care a dus la paralizie.

„O întruchipare aproape perfectă a unui spirit liber, a unui intelect uriaș, a unei persoane care depășește cu curaj slăbiciunea fizică, dedicându-și toată puterea pentru descifrarea „planului divin”, așa îl descrie vulgarizatorul german al științei Hubert Mania în cartea sa.

Realizările lui Hawking în știință sunt de netăgăduit. „RG” va vorbi despre unele dintre cele mai populare teorii ale marelui fizician.

Radiația Hawking este un proces ipotetic de „evaporare” a găurilor negre, adică emisia de diferite particule elementare (în principal fotoni).

Procesul a fost prezis de Hawking în 1974. Munca lui, apropo, a fost precedată de o vizită la Moscova în 1973, unde s-a întâlnit cu oameni de știință sovietici: unul dintre creatorii bombelor atomice și cu hidrogen, Yakov Zeldovich, și unul dintre fondatorii teoriei Universului timpuriu. , Alexei Starobinsky.

„Când o stea uriașă se contractă, gravitația ei devine atât de puternică încât nici măcar lumina nu mai poate scăpa de limitele sale. Zona din care nimic nu poate scăpa se numește „gaura neagră”. Iar granițele sale sunt numite „orizontul evenimentelor”, explică Hawking.

Rețineți că conceptul de găuri negre ca obiect care nu emite nimic, ci poate absorbi doar materie, este valabil atâta timp cât efectele cuantice nu sunt luate în considerare.

Hawking a fost cel care a început să studieze comportamentul particulelor elementare din apropierea unei găuri negre din punctul de vedere al mecanicii cuantice. El a descoperit că particulele pot depăși granițele sale și că o gaură neagră nu poate fi complet neagră, adică există radiații reziduale. Colegii de știință au aplaudat: totul s-a schimbat acum! Informațiile despre descoperire s-au răspândit ca un uragan în comunitatea științifică. Și a avut un efect similar.

Hawking a descoperit mai târziu un mecanism prin care găurile negre pot emite radiații. El a explicat că din punctul de vedere al mecanicii cuantice, spațiul este plin de particule virtuale. Se materializează în mod constant în perechi, se „separă”, se „întâlnesc” din nou și se anihilează. Lângă o gaură neagră, una dintr-o pereche de particule poate cădea în ea, iar apoi a doua nu va mai avea nicio pereche de anihilat. Astfel de particule „aruncate” formează radiația pe care o emite gaura neagră.

De aici, Hawking ajunge la concluzia că găurile negre nu există pentru totdeauna: emit vânturi din ce în ce mai puternice și, în cele din urmă, dispar în urma unei explozii uriașe.

„Einstein nu a acceptat niciodată mecanica cuantică din cauza elementului de aleatoriu și de incertitudine asociat cu aceasta. El a spus: Dumnezeu nu joacă zaruri. Se pare că Einstein a greșit de două ori. Efectul cuantic al unei găuri negre sugerează că Dumnezeu nu numai că joacă zaruri, ci și uneori le aruncă acolo unde nu pot fi văzute”, spune Hawking.

Radiația găurii negre – sau radiația Hawking – a arătat că compresia gravitațională nu este atât de permanentă cum se credea anterior: „Dacă un astronaut cade într-o gaură neagră, atunci se va întoarce în partea exterioară a Universului sub formă de radiație. Deci, într-un fel, astronautul va fi reproiectat”.

Problema existenței lui Dumnezeu

În 1981, Hawking a participat la o conferință despre cosmologie la Vatican. După conferință, Papa a dat audiență participanților săi și le-a spus că pot studia dezvoltarea Universului după big bang, dar nu și big bang-ul în sine, deoarece acesta este momentul creației și, prin urmare, lucrarea lui Dumnezeu.

Hawking a recunoscut mai târziu că s-a bucurat că Papa nu cunoștea subiectul prelegerii pe care omul de știință o ținuse înainte. Era vorba tocmai de teoria conform căreia Universul nu a avut un început, un moment al creației ca atare.

Au existat teorii similare la începutul anilor 1970, ele vorbeau despre un spațiu și un timp fix care a fost gol de-a lungul eternității. Apoi, dintr-un motiv necunoscut, s-a format un punct - miezul universal - și a avut loc o explozie.

Hawking crede că „dacă ne întoarcem în timp, ajungem la o singularitate big bang în care legile fizicii nu se aplică. Dar există o altă direcție de mișcare în timp care evită singularitatea: se numește direcția imaginară a timpului. În ea se poate dispensa de singularitatea, care este începutul sau sfârșitul timpului.”

Adică apare un moment în prezent, care nu este neapărat însoțit de un lanț de momente din trecut.

„Dacă universul a avut un început, putem presupune că a avut și un creator. Dar dacă Universul este autosuficient, nu are graniță sau margine, atunci nu a fost creat și nu va fi distrus. Ea pur și simplu există. Atunci unde este locul creatorului său? – întreabă fizicianul teoretician.

„De la Big Bang la găurile negre”

Cu acest subtitlu, cartea lui Hawking a fost publicată în aprilie 1988. Poveste scurta timp”, care a devenit instantaneu un bestseller.

Excentric și extrem de inteligent, Hawking este implicat activ în popularizarea științei. Deși cartea sa vorbește despre apariția Universului, natura spațiului și timpului, găurile negre, există o singură formulă - E=mc² (energia este egală cu masa înmulțită cu pătratul vitezei luminii în spațiul liber).

Până în secolul al XX-lea, se credea că Universul este etern și neschimbător. Hawking a susținut într-un limbaj foarte accesibil că nu este așa.

„Lumina din galaxiile îndepărtate este deplasată către partea roșie a spectrului. Aceasta înseamnă că se îndepărtează de noi, că Universul se extinde”, spune el.

Un Univers static pare mai atractiv: există și poate continua să existe pentru totdeauna. Este ceva de neclintit: o persoană îmbătrânește, dar Universul este întotdeauna la fel de tânăr ca în momentul formării.

Expansiunea Universului sugerează că a avut un început la un moment dat în trecut. Acest moment în care Universul a început să existe se numește Big Bang.

„O stea pe moarte, contractându-se sub propria gravitație, se transformă în cele din urmă într-o singularitate - un punct de densitate infinită și dimensiune zero. Dacă inversăm cursul timpului astfel încât contracția să devină expansiune, va fi posibil să dovedim că universul a avut un început. Cu toate acestea, dovada bazată pe teoria relativității a lui Einstein a arătat, de asemenea, că era imposibil de înțeles cum a început Universul: a demonstrat că toate teoriile nu se aplicau în momentul în care a început Universul”, notează omul de știință.

Omenirea așteaptă distrugerea

Cupa poate fi văzută căzând de pe masă și rupându-se. Dar nu puteți vedea cum se reunește din fragmente. Creșterea dezordinei — entropia — este tocmai ceea ce deosebește trecutul de viitor și dă direcție timpului.

Hawking a pus întrebarea: ce se va întâmpla când Universul încetează să se extindă și începe să se contracte? Vom vedea cești sparte așezate la loc?

„Mi s-a părut că atunci când va începe compresia, Universul va reveni la o stare ordonată. În acest caz, odată cu începutul compresiei, timpul ar fi trebuit să se întoarcă înapoi. Oamenii aflați în această etapă și-ar trăi viața înapoi și vor deveni mai tineri pe măsură ce Universul se contractă”, a spus el.

Încercările de a crea un model matematic al teoriei au fost fără succes. Hawking și-a recunoscut ulterior greșeala. În opinia sa, a fost că a folosit un model prea simplu al Universului. Timpul nu se va întoarce când Universul începe să se micșoreze.

„În timpul real în care trăim, Universul are două sorti posibile. Poate continua să se extindă pentru totdeauna. Sau poate începe să se micșoreze și să înceteze să existe în momentul „marii aplatizări”. Va fi ca o mare explozie, doar invers”, crede fizicianul.

Hawking admite că Universul încă se confruntă cu un sfârșit. Cu toate acestea, se stipulează că el, în calitate de profet al sfârșitului lumii, nu va avea ocazia să fie în acel moment – ​​după multe miliarde de ani – și să-și dea seama de greșeala sa.

Conform teoriei lui Hawking, umanitatea poate fi salvată în această situație doar prin capacitatea de a se desprinde de Pământ.

Extratereștrii există

Oamenii trimit vehicule fără pilot în spațiu cu imagini ale oamenilor și coordonate care indică locația planetei noastre. Semnalele radio sunt trimise în spațiu în speranța că civilizațiile extraterestre le vor observa.

Potrivit lui Hawking, întâlnirile cu reprezentanții altor planete nu sunt de bun augur pentru pământeni. Pe baza cunoștințelor sale, el nu neagă posibilitatea existenței unei civilizații extraterestre, dar speră ca întâlnirea să nu aibă loc.

Într-un serial de televiziune documentar de pe Discovery Channel, el și-a exprimat părerea că, dacă tehnologia extraterestră o depășește pe cea a Pământului, cu siguranță își vor forma propria colonie pe Pământ și vor înrobiza omenirea. Hawking a comparat acest proces cu sosirea lui Columb în America și cu consecințele care le așteptau popoarelor indigene continent.

„Într-un Univers cu 100 de miliarde de galaxii, fiecare conținând sute de milioane de stele, este puțin probabil ca Pământul să fie singurul loc în care se dezvoltă viața. Din punct de vedere pur matematic, numai numerele fac posibilă acceptarea ideii de existență a vieții extraterestre ca fiind absolut rezonabilă. Adevărata problemă este cum ar putea arăta extratereștrii și dacă pământenilor le va plăcea aspectul. La urma urmei, ar putea fi microbi sau animale unicelulare sau viermi care au locuit Pământul de milioane de ani”, spune Hawking.

Chiar și rudele și prietenii cosmologului notează că nu se poate crede fiecare cuvânt al lui. El este un căutător. Dar într-o astfel de chestiune există mai multe presupuneri decât fapte, iar greșelile sunt inevitabile. Dar chiar și așa, cercetările sale oferă unei persoane de gândit, un punct din care se poate începe să caute un răspuns la întrebarea existenței omului și a Universului.

„Răspunsul la această întrebare va fi cel mai mare triumf al minții umane, pentru că atunci vom cunoaște mintea lui Dumnezeu”, spune Hawking.

În cartea, publicată în 1988, Hawking vorbește despre ceea ce probabil s-a gândit fiecare dintre noi la un moment sau altul: cum a luat ființă Universul, care este natura spațiului și a timpului, ce sunt găurile negre și modul în care teoria din superstringuri s-a născut. Autorul scrie și despre unele probleme matematice, dar dă o singură formulă - E = mc².

Peste 20 de ani, s-au vândut peste 10 milioane de exemplare ale acestei cărți.

La 17 ani de la lansarea A Brief History, fizicianul american Leonard Mlodinow a scris o continuare. Au folosit cele mai recente date obținute de la laboratoarele astronomice. Autorii vă spun ce sunt materia neagră și energia neagră, dacă călătoria în timp este posibilă, care sunt trecutul și viitorul Universului și se aruncă și mai adânc în teoria corzilor.

Aceasta este și istoria Universului, completată de ilustrații uimitoare - fotografii de la Telescopul Spațial Hubble. Hawking oferă o relatare plină de duh și accesibilă despre Big Bang și căutarea continuă a unei teorii a totul - o teorie unificată a câmpului, „Sfântul Graal al fizicii moderne”. Apariția sa, potrivit autorului, va însemna triumful minții umane.

Cartea, scrisă în 2006, reunește șapte dintre prelegerile lui Hawking.

O poveste amuzantă despre aventuri spațiale în care se regăsesc băiatul George și vecinii săi, omul de știință Eric și fiica sa Anna. Autorii vorbesc într-un mod foarte interesant și accesibil despre quasari, asteroizi, găuri negre, paralele și galaxii.

Cartea, bazată pe prelegerea lui Hawking de la Universitatea din California, a fost publicată în 1980. Dar mai târziu a fost completat și tradus în rusă în 2017. Aceasta este o colecție care include 13 eseuri ale omului de știință și interviul său amplu.

Subiectele abordate sunt foarte interesante. De exemplu, cum găurile negre pot da viață universurilor tinere.

Împreună cu Leonard Mlodinow, Hawking cântă o odă științei. El afirmă că „este imposibil să dovedești inexistența lui Dumnezeu, dar știința o face inutilă”. Prin urmare, Big Bang-ul poate fi o consecință a legilor și nimic mai mult.

Cartea, care descrie esența teoriei M, care unifică interacțiunile fundamentale, a fost publicată în 2010 și a devenit un bestseller în câteva zile.

Hawking și-a scris cartea autobiografică abia în 2013. Motivul este simplu - el credea că popularizarea științei este mai importantă decât a vorbi despre sine. Dar cu cât numele lui suna mai tare, cu atât oamenii doreau să afle mai multe despre Hawking. Și a decis să vorbească despre boala lui, familie, știință.

În această carte, omul de știință a răspuns chiar și la cele mai incomode și personale întrebări.

Celebrul fizician și-a petrecut întreaga viață încercând să „își facă prieteni” între teoria gravitației și teoria cuantică, a visat să zboare în spațiu și le-a amintit pământenilor de inevitabila emigrare spațială

Moscova. 14 martie. website - Miercuri, 14 martie, s-a cunoscut că la vârsta de 76 de ani, unul dintre cei mai cunoscuți fizicieni teoreticieni ai timpului nostru și popularizator al științei, Stephen Hawking, care și-a petrecut întreaga viață încercând să împace teoria gravitației și a cuanticii. teorie.

Secretul popularității lui Hawking constă în excentricitatea sa inteligentă, incapacitatea de a se izola în orice cadru, în deschiderea față de oamenii cu care a încercat să poarte un dialog în condiții egale, vorbind într-un limbaj simplu despre lucruri dificile.

Stilul său activ de viață a contribuit la popularizarea științei: omul de știință a călătorit mult, de mai multe ori a devenit eroul desenelor animate în „The Simpsons” și „Futurama”, în care și-a exprimat personajul și chiar a jucat în filme ca el însuși - în unul dintre episoadele serialului TV „Star Trek: The Next Generation” și într-un episod din serialul de comedie „The Big Bang Theory”, omul de știință a fost un susținător al dezarmării nucleare și a luptat împotriva schimbărilor climatice.

Popularizatorul german al științei, Hubert Mania, în cartea sa „Stephen Hawking” îl descrie pe fizicianul britanic astfel: „O întruchipare aproape perfectă a unui spirit liber, a unui intelect imens, a unui om care învinge cu curaj slăbiciunea fizică, dedicându-și toată puterea descifrării „plan divin”.

La 20 de ani, Hawking a început să dea semne boala cronica central sistem nervos, care a dus ulterior la paralizie completă. Cu toate acestea, o boală gravă care l-a închis pe omul de știință într-un scaun cu rotile timp de aproape 40 de ani nu l-a împiedicat să arate lumii diversitatea Universului. Omul de știință însuși a visat să meargă în spațiu și, în ultimii ani ai vieții sale, a avertizat în mod repetat că omenirea este condamnată, iar Pământul va muri din cauza unei lovituri de asteroizi, temperaturi mari sau suprapopulare și că este doar o chestiune de timp.

Hawking și-a început activitățile de cercetare în timp ce studia la Cambridge, a predat teoria gravitației, fizica gravitațională, a lucrat la Institutul de Astronomie, la departament. matematici aplicateși fizică teoretică de la Cambridge. La Institutul de Tehnologie din California, unde a fost invitat în 1974, a lucrat, în special, pe probleme de relativitate generală. În 1979, fizicianul a primit funcția de profesor Lucasian la Universitatea din Cambridge și a deținut-o până în 2009.

Timp de mai bine de 20 de ani, Hawking a condus un grup care s-a ocupat de probleme legate de teoria relativității și problemele gravitației. În 2007, a fondat Centrul pentru Cosmologie Teoretică la Universitatea din Cambridge.

"Radiția Hawking"

Profesorul de la Universitatea Cambridge Hawking este cunoscut, în special, pentru predicția sa teoretică a radiației găurilor negre, datorită cărora acestea se evaporă treptat, pierzând masa și, prin urmare, informații despre obiectele care au căzut în ea. Descoperirea a fost numită „radiația Hawking”. A schimbat semnificativ ideile cosmologice moderne. Conform ideilor general acceptate, un observator extern nu poate privi în interiorul unei găuri negre și nu poate obține informații despre obiectele situate dincolo de orizontul evenimentelor. Cu toate acestea, teoretic, radiația Hawking ne permite să privim în interiorul unei găuri negre, adică să-i determinăm topologia internă.

Radiația Hawking nu rezultă din mișcarea sarcinilor. Apare atunci când proprietățile vidului se modifică ca urmare a formării unei găuri negre. Dacă sarcinile și masele produc numai unde electromagnetice și gravitaționale, atunci electronii, pozitronii, protonii și alte particule pot apărea ca rezultat al radiației cuantice Hawking.

În radiația Hawking, gaura neagră va emite ca o sursă obișnuită încălzită la o anumită temperatură. În acest caz, temperatura va fi invers proporțională cu masa sa: cu cât gaura este mai mare, cu atât este „mai rece”. Când o gaură neagră radiază, masa ei scade și temperatura îi crește, aceasta rezultă din corespondența dintre energie și masă după formula E=mc2. În acest caz, toate caracteristicile particulelor, cu excepția masei și sarcinii, sunt emise cu aceeași probabilitate.

Paradoxul pierderii de informații

Acest paradox este formulat la interfața dintre teoria cuantică a câmpului și relativitatea generală, astfel încât rezoluția sa poate ajuta la formularea teoriei gravitației cuantice.

Una dintre problemele stringente ale fizicii teoretice moderne este dispariția informației într-o gaură neagră. Fizicianul și-a oferit explicația. În opinia sa, informația nu dispare și nu este înregistrată undeva în interiorul găurii negre - în schimb, este stocată pe suprafața orizontului de evenimente al unui obiect supermasiv sub forma unei holograme. Orizontul evenimentelor este suprafața unei găuri negre, din interiorul căreia lumina nu poate scăpa. Dacă sursa de radiație este situată direct la orizont, atunci câmpul pe care îl creează este vizibil ca neschimbându-se în timp, adică nu există radiație. Conform principiului olografic, dacă totul despre dinamica de la orizont este cunoscut, atunci dinamica din interiorul găurii negre poate fi reconstruită.

Hawking a descris în lucrarea sa modul în care fiecare act de radiație este reflectat pe orizontul de evenimente al unei găuri negre. În opinia sa, folosind principiul holografic, este posibil să descriem detaliile procesului de formare a radiației găurii negre. Hawking crede că, dacă ceva s-a întâmplat în interiorul sau în afara unei găuri negre, atunci se întâmplă un fel de eveniment la orizont.

În septembrie 2015, Hawking a anunțat o nouă idee despre care credea că va ajuta la rezolvarea paradoxului de 40 de ani al pierderii de informații în găurile negre. Omul de știință s-a referit în mesajul său la unele proprietăți speciale ale spațiului. Dacă le utilizați corect, puteți indica cum și sub ce formă informațiile părăsesc gaura neagră. Lucrarea susține că radiația Hawking va avea un număr infinit de caracteristici, nu doar o distribuție a temperaturii în funcție de masă, sarcină și moment unghiular, iar folosind aceste caracteristici va fi posibilă caracterizarea completă a stării găurii negre.

Profetul sfârșitului lumii

Una dintre cele mai populare lucrări ale lui Hawking este O scurtă istorie a timpului. Publicată în 1988 cu subtitlul „De la Big Bang la găurile negre”, cartea a devenit imediat un bestseller. Tirajul său s-a ridicat la 10 milioane de exemplare, traduse în 40 de limbi. Ulterior, Hawking a mai scris două cărți: Black Holes and Young Universes (1993) și The World in a Nutshell (2001). În 2005, a fost publicată A Brief History of Time, o nouă ediție a bestsellerului din 1988.

Hawking a încercat să infirme postulatul despre imuabilitatea Universului într-un limbaj accesibil. "Lumina din galaxiile îndepărtate este deplasată către partea roșie a spectrului. Aceasta înseamnă că ele se îndepărtează de noi, că Universul se extinde", a scris el.

"O stea pe moarte, contractându-se sub propria sa gravitație, se prăbușește în cele din urmă într-o singularitate - un punct de densitate infinită și dimensiune zero. Dacă inversăm cursul timpului astfel încât contracția să se transforme în expansiune, va fi posibil să dovedim că Universul a avut un început Cu toate acestea, „Dovada bazată pe teoria relativității a lui Einstein a arătat, de asemenea, că era imposibil de înțeles cum a luat ființă universul: a demonstrat că toate teoriile nu se aplicau în momentul în care universul a început”, notează omul de știință.

Se întreba ce se va întâmpla când Universul nu se mai extinde și începe să se contracte. "Mi s-a părut că atunci când va începe compresia, Universul va reveni la o stare ordonată. În acest caz, odată cu începutul compresiei, timpul ar fi trebuit să se întoarcă înapoi. Oamenii din această etapă și-ar trăi viața înapoi și vor deveni mai tineri pe măsură ce Universul se contractă”, a spus el.

Mai târziu, ajunge la concluzia că timpul nu se va întoarce când Universul se va contracta. „În timpul real în care trăim, Universul are două sorti posibile. Poate continua să se extindă pentru totdeauna. Sau poate începe să se contracte și să înceteze să mai existe în momentul „marii aplatizări”. Va fi ca o mare bang, dar invers." , - crede fizicianul.

Hawking credea în existența vieții extraterestre. „Într-un Univers cu 100 de miliarde de galaxii, fiecare conținând sute de milioane de stele, este puțin probabil ca Pământul să fie singurul loc în care se dezvoltă viața. Din punct de vedere pur matematic, numai numerele fac ideea existenței Viața extraterestră absolut rezonabilă. O problemă reală „este cum ar putea arăta extratereștrii, dacă pământenii ar dori aspectul lor. La urma urmei, ar putea fi microbi sau animale unicelulare sau viermi care au locuit Pământul de milioane de ani”, Hawking. a spus.

Potrivit lui Hawking, Universul va avea în continuare un sfârșit, iar omenirea nu va avea de ales decât să cucerească spațiul și să exploreze noi planete, iar noi ar trebui să începem cu Luna și Marte. "Așezarea spațială va schimba complet viitorul umanității. Va determina dacă vom avea vreun viitor", a spus omul de știință la un festival de știință din 2017. "Este clar că intrăm într-o nouă eră spațială. Suntem pe pragul unei noi ere. Colonizarea umană a altor planete nu mai este science-fiction, ar putea deveni fapt științific."

Pe 14 martie 2018, dimineața, a murit celebrul fizician și popularizator al științei Stephen Hawking. Omul de știință a studiat cosmologia și gravitația cuantică. Vă spunem în termeni simpli despre descoperirile majore ale lui Hawking care au schimbat știința.

In contact cu

Colegi de clasa

1. Radiația Hawking

   Hawking a dezvoltat teoria conform căreia găurile negre „se evaporă” din cauza radiațiilor speciale, care ulterior a fost numită după el.

   Înainte de această descoperire, oamenii de știință credeau că negrii nu emiteau nimic, ci doar absorbeau. El a demonstrat că găurile negre nu sunt complet negre, deoarece emit radiații reziduale.

   Hawking mai ajunge la concluzia că găurile negre nu există pentru totdeauna: emit vânturi din ce în ce mai puternice și, în cele din urmă, dispar ca urmare a unei explozii gigantice.

   Einstein nu a acceptat niciodată mecanica cuantică din cauza elementului de aleatoriu și de incertitudine asociat cu aceasta. El a spus: Dumnezeu nu joacă zaruri. Se pare că Einstein a greșit de două ori. Efectul cuantic al unei găuri negre sugerează că Dumnezeu nu numai că joacă zaruri, dar uneori le aruncă acolo unde nu pot fi văzute. Stephen Hawking.

2. Universul s-a creat singur

   Această teorie Hawking este dedicată creării universului, care, potrivit omului de știință, nu a avut un început sau chiar momentul creației. Omul de știință a sugerat că există o altă direcție în care timpul se mișcă (nu doar înainte sau înapoi) și a prezentat o teorie despre timpul imaginar, pentru care nu există deloc concepte de „început” sau „sfârșit”.

   Hawking era un ateu convins. Iată citatul lui pe această temă:

   Deoarece există o astfel de forță precum gravitația, Universul s-a putut și s-a creat pe sine din nimic. Creația spontană este motivul pentru care Universul există, pentru care existăm. Nu este nevoie ca Dumnezeu să „aprindă” focul și să facă Universul să funcționeze. Stephen Hawking.

3. Universul se extinde

   Până în secolul al XX-lea, se credea că Universul este etern și neschimbător. Hawking, într-un limbaj accesibil, a dovedit că nu este așa.

   Lumina din galaxiile îndepărtate este deplasată către partea roșie a spectrului. Aceasta înseamnă că se îndepărtează de noi, că Universul se extinde. Stephen Hawking.

4. Quarcii nu sunt niciodată singuri

   Quarcii sunt particule elementare care formează protoni și neutroni. Hawking a dovedit că ei există doar în grupuri și niciodată singuri. Forța care leagă quarcii crește pe măsură ce distanța dintre ei crește. Dacă încercați să îndepărtați un quarc de altul, ei vor fi atrași doar cu o forță mai mare.

5. Teoria compresiei universului

   Hawking s-a gândit la ce s-ar întâmpla când Universul va înceta să se extindă și a început să se contracte. Va merge timpul în altă direcție?

   Mi s-a părut că atunci când va începe compresia, Universul va reveni la o stare ordonată. În acest caz, odată cu începutul compresiei, timpul ar fi trebuit să se întoarcă înapoi. Oamenii aflați în această etapă și-ar trăi viața înapoi și vor deveni mai tineri pe măsură ce Universul se micșorează. Stephen Hawking.

   Acest proces este prezentat în filmul „Mr. Nobody” cu Jared Leto rol principal.

   Încercările de a crea un model matematic al acestei teorii au eșuat, dar ea rămâne populară. Universul are doar două opțiuni: fie expansiune infinită, fie contracție.

6. Există un număr mare de Universuri

   Vorbim despre teoria M, pe care Hawking a perfecționat-o împreună cu Leonard Mlodinow. Teoria M este o ramură a teoriei corzilor. Conform acestei teorii, la cel mai mic nivel, toate particulele constau din brane - membrane multidimensionale, ale căror proprietăți pot explica absolut toate procesele care au loc în Universul nostru.