Что дал науке Стивен Хокинг — Naked Science
11 минут
Редакция

Что дал науке Стивен Хокинг

3.5

Смерть знаменитого британского физика-теоретика Стивена Хокинга стала огромной утратой для мировой науки. Прежде всего речь идет о таких областях, как космология и квантовая гравитация.

Стивен Хокинг
©Wikipedia

Стивен Хокинг скончался у себя дома, в Кембридже, в возрасте 76 лет. В качестве причины смерти некоторые СМИ назвали осложнение бокового амиотрофического склероза — тяжелого дегенеративного заболевания центральной нервной системы. Первые признаки болезни у ученого начали проявляться еще в 60-е, и для многих он был прежде всего примером для подражания, если говорить о борьбе с тяжелым недугом.

В последние годы ученый активно напоминал о себе как популяризатор науки. Его многочисленные прогнозы об опасности ИИ и глобальных катастрофах неизбежно привлекали к себе внимание широких масс. Однако не стоит забывать, что Хокинг был в первую очередь выдающимся физиком-теоретиком, внесшим огромный вклад в наше понимание того, как именно устроено вообще все, что нас окружает.

Стивен Хокинг и актеры из “Теории большого взрыва” / ©The Big Bang Theory

Черные дыры и все, все, все

Наука запомнит Хокинга прежде всего как автора теории черных дыр. Здесь стоит освежить знания. Ученые пришли к выводу о том, что, когда гигантская звезда сжимается после выработки «ресурса» (материал для проведения реакции термоядерного синтеза в ядре рано или поздно заканчивается), гравитация светила становится настолько сильной, что даже свет не может больше покинуть ее пределы. Собственно, область, из которой ничто не может выйти, и назвали черной дырой.

Аккреционный диск горячей плазмы, вращающийся вокруг чёрной дыры / ©wikipedia

Если же говорить о Хокинге, то его главными научными достижениями считаются применение термодинамики к описанию черных дыр и разработка теории о том, что они «испаряются» за счет явления, получившего название «излучение Хокинга». Данная теория гласит, что черная дыра не только поглощает все, что находится вокруг нее, но также и сама испускает различные частицы, что в конечном итоге ведет к ее исчезновению. То есть:

а) некоторые кванты все же могут покидать пределы черной дыры;

б) черные дыры существуют невечно

Если копнуть глубже, все несколько сложней. Рассмотрением данных вопросов занимались и до публикаций Хокинга. В частности, советские исследователи: основоположник теории ранней Вселенной Алексей Старобинский и один из создателей атомной и водородной бомб Яков Зельдович. Понятие о черных дырах, как об объектах, которые ничего не излучают, а могут только поглощать материю, было справедливо до тех пор, пока специалисты не начали учитывать квантовые эффекты. И именно работы Стивена Хокинга дали полноценный старт изучению поведения элементарных частиц вблизи черной дыры с позиции квантовой механики. Британский физик-теоретик пришел к выводу, что частицы могут выходить за пределы черной дыры и что она не может быть «абсолютно черной».

В центре внимания ученого оказалось рассмотрение спонтанного возникновения т. н. виртуальных частиц на горизонте событий черной дыры. Эти частицы «встречаются», «разлучаются» и аннигилируются. Вблизи черной дыры одна часть такой пары может упасть в нее: в этом случае вторая не будет иметь пары для аннигиляции, превратившись в радиацию, которую и излучает черная дыра. Подобные эффекты исследователи смогли наблюдать во время экспериментов на ускорителе заряженных частиц. Их удалось «растащить», затратив некоторое количество энергии, что подтвердило предположения Хокинга.

Рисунок художника: оптическое искажение аккреционного диска вокруг чёрной дыры / ©wikipedia

Этим достижения ученого не ограничиваются. Превращение виртуальных частиц в частицы реальные (с массой, спином, энергией и прочими характеристиками) потребует энергии. Их возникновение «из ничего» вступает в противоречие с законом сохранения энергии. Хокинг рассчитал, что черная дыра в результате такого превращения теряет часть энергии, равной той, которой обладала частица, улетевшая «наружу». При этом черной дыре неоткуда брать энергию, кроме как из своей массы. Так что со временем она испаряется. Ряд специалистов полагают, что эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАКе) могут привести к возникновению мини-черных дыр, которые смогут уничтожить человечество. Между тем концепция излучения Хокинга утверждает, что такие черные дыры быстро испарятся.  

«Пророк» Вселенной

Труды Стивена Хокинга также дали новый толчок к изучению прошлого и будущего всей Вселенной. Достаточно вспомнить его научно-популярную книгу «Краткая история времени», вышедшую в 1988 году. «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», — заявил ученый. Между тем попытки создать стройную математическую модель, описывающую такие явления, не увенчались успехом, так что Хокингу в конечном итоге пришлось признать свою неправоту. Ошибка, по мнению исследователя, заключалась в использовании слишком примитивной модели Вселенной. Новые расчеты показали, что  время не повернет свой ход вспять, когда Вселенная начнет спрогнозированное сжатие. Есть, впрочем, и другой вариант, при котором Вселенная продолжит расширение. В любом случае ни один из вышеперечисленных сценариев не сулит человечеству ничего хорошего.

Кадр из фильма  «Гарри Поттер и Узник Азкабана». Волшебник, читающий «Краткую историю времени» / ©harrypotter

Кстати, историю Вселенной невозможно рассматривать в отрыве от другого вопроса — существования разумных форм жизни вне Земли. Здесь Хокинг придерживался мнения, что человечество рискует повторить судьбу коренных народов Америки, так как более высокоразвитая цивилизация непременно начнет полностью доминировать над менее развитой, что может привести к почти полному уничтожению последней.

Данные тезисы, впрочем, лежат уже в несколько иной плоскости, оторванной от «классической» науки и приближенной к миру научной фантастики. Стоит повториться: именно в этом все величие Стивена Хокинга. Он смог совместить выдающиеся научные открытия и популяризацию науки, сделавшей их понятными и интересным широким слоям населения.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 20:30
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

Позавчера, 14:08
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Вчера, 15:10
14 минут
Василий Парфенов

Сэру Тимоти Бернерсу-Ли мы обязаны созданием основы современной глобальной паутины. Но за 32 года с момента появления революционного проекта WWW интернет стал разительно отличаться от первоначальной задумки. Сеть превратилась в место манипуляций, рассадник преступлений против прав человека и колоссальный рынок персональных данных. Поэтому Бернерс-Ли уже несколько лет взращивает новое начинание, предназначенное для исправления ситуации, — сеть Solid.

Позавчера, 20:30
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

12 апреля
4 минуты
Сергей Васильев

Каждый год на поверхность планеты оседают более 5000 тонн мелких частиц от комет и астероидов — на порядки больше, чем приносят падающие массивные метеориты.

13 апреля
4 минуты
Виктория Сафронова

В 2025 году в Катаре планируют открыть отель нового формата, который будет привлекать гостей экологическими решениями.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: