Что дал науке Стивен Хокинг

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.

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.

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.

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.

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.