Чего добился стивен хокинг
Стивен Хокинг и его работа — что дал ученый человечеству?
Выступление Хокинга в виде голограммы перед слушателями в Гонконге. Ученый находился в это время с собственном офисе в Кембридже
Как уже сообщалось на Geektimes, cегодня утром в своем доме ушел из жизни один из величайших ученых нового времени, британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Ему было 76 лет. Несмотря на тяжелую болезнь, боковой амиотрофический склероз, Хокинг жил практически полноценной жизнью — выступал на конференциях, появлялся на телевидении, даже озвучивал самого себя в «Симпсонах». Но, конечно, известность он получил не столько за публичную деятельность, сколько за свои научные работы. Научным изысканиям и достижениям Хокинга и посвящена эта статья.
Что это за работы и в каком направлении «копал» ученый? Почему о нем и его книгах, концепциях говорят очень многие? Хокинг — один из основоположников квантовой космологии. Ученый формировал теорию возникновения Вселенной в результате Большого взрыва. В ходе работы он сделал большое количество открытий, включая такую специфическую сферу, как эволюция звезд. Одна из его первых книг, «Краткая история времени», стала научно-популярным бестселлером, его читали даже люди, весьма далекие от науки.
В этом материале биографических данных не очень много, он написан для того, чтобы дать представление о работе Хокинга. Правда, для лучшего понимания того, насколько выдающимся человеком он был, стоит указать несколько фактов из жизни ученого, всего пара абзацев.
Стивен Хокинг родился 8 января 1942 года в Оксфорде. Несмотря на ум, в учебе в школе он не выделялся, как, собственно, и многие ученые до него. Троечником был и Эйнштейн. Кстати, Хокинг получил от школьных товарищей прозвище Эйнштейн. После школы он поступил в вуз, и во время учебы врачи поставили Хокингу диагноз — боковой амиотрофический склероз. К сожалению, это заболевание не лечится, и большинство пациентов с таким диагнозом умирают еще молодыми.
Речь студента становилась все менее внятной, ему стало трудно ходить, мелкая моторика рук стала проблемой. Тем не менее, будущий выдающийся ученый продолжил учебу. В 1962 году он закончил университет, получив степень бакалавра по математике и физике. После того, как врачи диагностировали болезнь, Хокингу давали всего два года — на большее медики не рассчитывали.
Тем не менее, болезнь не слишком быстро прогрессировала, и Хокинг ходил до конца 60-х, после чего ему пришлось начать передвигаться на коляске. В 1985 году ученый перенес воспаление легких, после чего он утратил способность говорить. Именно тогда он стал использовать синтезатор речи. Все это не остановило его от избранного пути — пути к познанию.
В 1965 году молодой специалист начал вести научную деятельность в Кембриджском университете в колледже Гонвилль и Киз. Всего через год он получил степень доктора философии. После этого деятельность ученого стала весьма разнообразной. К примеру, он перешел на работу в Институт теоретической астрономии. Там, на кафедре прикладной математики и теоретической физики, Хокинг стал профессором физики и математики.
Начало его карьеры пришлось как раз на 60-годы, когда был проведен третий из серии классических экспериментов «опыт», который подтвердил справедливость общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Этот опыт показал гравитационное красное смещение — то есть изменение частоты света при прохождении луча рядом с массивным объектом, например, звездой.
Когда теория Эйнштейна была подтверждена, ученые стали исследовать возможные ее проявления и следствия. Например, динамику расширения Вселенной после выхода из состояния равновесия. Также многие специалисты занялись изучением черных дыр. Эта тематика заинтересовала и Хокинга. В диссертации ученый использовал теоремы, которые сформулировал его коллега, британский математик Роджер Пенроуз. Заслуга Стивена Хокинга была в том, что он применил эти теоремы ко всей Вселенной, объясняя, в частности, гравитационные сигнулярности. Они предоставляют собой феномен пространства-времени, попытки применить уравнения общей теории относительности к которому дают некорректные с физической точки зрения решения.
Интересно, что именно Пенроуз смог объяснить процесс возникновения черных дыр, связав его с сингулярностью. Пенроуз утверждал, что обычная звезда превращается в черную дыру благодаря гравитационному коллапсу, который сопровождается рождением особого рода поверхности. Ее можно назвать «ловушечной».
Понятно, что «изучать» черные дыры напрямую нельзя, поэтому приходится предлагать объяснения различным явлениям, следя за тем, чтобы это объяснение согласовывалось с другими феноменами и их проявлениями, а также с общей концепцией пространства-времени. В 1971 году Хокинг предположил, что кроме обычных черных дыр существуют и микроскопические объекты с массой в миллиарды тонн но объемом, не превышающем объем протона.
Развивая эту теорию, в 70-х годах прошлого века Хокинг вместе с учеными Брэндоном Картером и Дэвидом Робинсоном смогли подвести доказательную базу под гипотезу американского физика Джона Уилера. Согласно ему, изолированные черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, могут характеризоваться двумя параметрами. Первый — масса и второй — угловой момент.
В своей работе «Крупномасштабная структура пространства-времени» Хокинг с другим ученым, Джоном Эллисом указывали, что конечным этапом эволюции массивной звезды является черная дыра. То есть коллапс за горизонт событий, в результате чего и образуется черная дыра, внутри которой, в свою очередь, образовывается сингулярность. Ученые утверждали, что в начале эволюции Вселенной тоже была сингулярность, которую можно охарактеризовать как начало всех начал.
Многие коллеги Хокинга в 60-е годы прошлого века старались объяснить образование и существование черных дыр лишь методами квантовой механики и положениями общей теории относительности. Хокинг же одним из первых, если не первым, стал применять термодинамику. Ему удалось получить точное выражение для энтропии черной дыры. В этом случае Стивен Хокинг воспользовался работами израильского физика Якоба Бекенштейна, который вывел зависимость — энтропия черной дыры пропорциональна ее площади.
В 70-х Стивен Хокинг встретился с рядом ученых СССР, включая известного физика Якова Зельдовича. Последний считал, что черные дыры вполне могут излучать фотоны. Все дело в том, что на горизонте событий в черной дыре образуются пары виртуальных частиц. Причем одна из них уходит от дыры, а вторая — падает в нее. Воспользовавшись этой перспективной идеей, Хокинг смог рассчитать тепловой спектр черной дыры. Он получил интересный результат. К примеру, температура черной дыры с массой, равной солнечной, почти нулевая, всего одна миллионная кельвина. Из-за этого черные дыры нельзя обнаружить обычными методами. Зато такие объекты отклоняют световые лучи при прохождении тех рядом, что является косвенным свидетельством существования дыры в пространстве. Современные астрономы определяют местоположение массивных объектов, включая черные дыры, именно благодаря этому явлению.
Спустя некоторое время Хокинг совместно с коллегой, ученым Джеймсом Хартли из США разработал концепцию, согласно которой существуют параллельные миры, для которых есть единая волновая функция. И то, что наблюдаем мы, люди — лишь одна из возможных реальностей. Эта концепция в дальнейшем перекочевала в массу научно-фантастических произведений, основа которых — как раз теория множественности реальностей.
Несмотря на то, что тело становилось все более немощным, мозг ученого работал четко и ясно. Он продолжал вести научную деятельность и активную жизнь. К сожалению, через время ученый смог управлять лишь одной мышцей своего тела — мимической мышцей щеки. Специально для Хокинга инженеры разработали систему управления компьютером на основе датчика движения. То есть движениями мимической мышцы Хокинг управлял системой.
Он продолжал активно работать. Хокинг опубликовал работу, о которой говорилось выше — «Краткую историю времени». Эта работа переведена на большое количество языков. Общий тираж книги составляет более 10 миллионов экземпляров.
Хокинг, кстати, первым заявил, что информация, которая была перенесена в черную дыру попавшими в нее объектами, не сохраняется. Правда, потом ученый изменил свое мнение, пояснив, что информация не теряется, однако трансформируется в форму, недоступную для человека. Материя, которая попадает в дыру, испаряется благодаря излучению Хокинга. А вот информация сохраняется не внутри черной дыры, а на горизонте событий. Хокинг объяснил это явление при помощи техники функционального интеграла, который взят по пространству с тривиальной топологией.
«Черные дыры на самом деле не такие уж черные, как их рисуют. Это не вечные тюрьмы, которыми их представляют. Что-то может выйти из них и, возможно, в другую вселенную. Так что, если вы чувствуете, что попали в черную дыру, не сдавайтесь. Выход есть!», — говорил Хокинг на одной из своих лекций.
Что касается других вселенных, то Стивен Хокинг и ряд его коллег считали и считают, что черные дыры могут быть туннелями в «сосдение» вселенные. Правда, не все черные дыры, а только те из них, которые достаточно велики и вращаются. Правда, пройдя по такому туннелю, в нашу вселенную вернуться нельзя. Интересно, что и эта концепция стала основой для ряда научно-фантастических произведений.
К слову, несмотря на то, что работы космологов довольно сложны для понимания (и это мягко сказано), реальное устройство мира еще сложнее, ведь физики и математики пытаются объяснить лишь часть феноменов, которые мы наблюдаем или считаем, что наблюдаем. Процесс познания — бесконечен, как и сама Вселенная. Нельзя надеяться на то, что устройство Вселенной станет ясным нашим потомкам через сто или даже тысячу лет. Но какие-то моменты проясняются, а туман непознанного постепенно рассеивается, хотя бы и понемногу, открывая четкие грани Знания. И в этом — несомненная заслуга Стивена Хокинга. После его смерти дети ученого заявили, что он оставил наследие нескольким поколениям сразу. В этом не приходится сомневаться.
14 марта 2018 года скончался гений современности, человек, который сумел доказать, что будучи скованным в теле, можно иметь широкое мировоззрение и развиваться в науке. Стивен Хогинг запомнился многим своими теориями, книгами, написанными в удивительный способ и размышлениями о Вселенной.
Оглавление:
Биография Стивена Хокинга
Человек с поразительной историей и возможностями. Ученые говорят: у Стивена Хокинга показатель IQ был 160 баллов. Рекордная отметка зафиксирована у Теренса Тао, известного австралийского математика. Хотя самому гению было все равно и он говорил, что IQ не самый важный показатель жизни.
Детство и образование
Еще с ранних годов будущий ученый проявлял интерес ко всему, а в старших классах школы раскрыл для себя талант в математике и физике. В 1962 году заканчивает Оксфорд (физический факультет), а затем поступает в Кембридж. Изучая космологию, выпускает много научных трудов, получивших признание и резонанс по всему миру, и в 1966 защищает работу на получение докторской степени.
Карьера и наука
Преподавая в Кембриджском университете, активно работает над множеством теорий, но больше всего его привлекает космология. За 2 года до своей смерти выступил с гипотезой, что получать энергию можно из черных дыр, а также стал активным приверженцем отправки зондов к Альфа Центавра. Говоря об основных должностях, которые занимал, выделю:
Личная жизнь гения
55 лет назад Хогинг взял в жены Джейн Уайлд, которая через 2 года родила ему сына Роберта, а еще через 2 дочь Люси. В 1979 году появился на свет сын Тимоти. Отношения в семье нагнетались и брак начал трещать. А через 11 лет после рождения меньшего ребенка пара решила пожить раздельно.
В 1995 году Стивен Хокинг официально развелся с Джейн, и оформил отношения со своей сиделкой Элайн Мейсон. Союз продержался 11 лет и завершился в 2006 году, как и первый семейный опыт. Показательно: с первой женой сохранил дружеские отношения до конца жизни.
Интересно и то, кем стали дети известного Стивена Хокинга. Роберт Хокинг стал известным инженером-программистом в компании Microsoft и живет в США. Это единственный ребенок, который проявил интерес к науке. Кэтрин Люси выбрала для себя основным направлением литературу и искусство, проживает в Лондоне и является популярным филантропом. Несмотря на то, что о рождении Тимоти ходило много слухов (что он сын друзей), все равно фамилия у парня Хокинг. Он сумел поговорить с отцом только тогда, когда ему исполнилось 5 лет и для ученого разработали синтезатор речи. Сегодня работает в корпорации «Lego, возглавляя отдел по развитию программ лояльности.
Политика и религия
Болезнь и смерть
Многих интересует вопрос: «Как разговаривал Стивен Хокинг», поскольку болезнь парализовала и голосовые связки. Для этого он использовал специальный синтезатор речи. В начале он был с ручным переключением, а затем с помощью мышцы щеки. Умер 14 марта 2018 года, кремирован и похоронен в Вестминстерском Аббатстве, чего удостаиваются далеко не все британские ученые.
Популярные теории Стивена Хокинга
Достижения Хокинга в мировой науке огромные. В сериале, которых снимал телеканал Discovery, ученый систематизировал все свои мысли касательно ключевых теорий, принадлежащие его перу. Среди них такие:
Отдельного внимания заслуживает теория Мультивселенной, в рамках которой физик убедительно доказывает, что разумные цивилизации есть на других планетах и они могут нести угрозу человечеству. К некоторым наиболее востребованным теориям подойду поближе. Некоторые теории Стивен Хоккинг описывал в известной книге «Краткие ответы на большие вопросы», которая стала финальной в его послужном списке. А о том, кто такой Марковиц, и какая его роль в экономической карте мира, можно узнать из материала на https://www.gq-blog.com/
Вопрос существования Бога
От большого взрыва до черных дыр
Готовя научные труды и книги, особое внимание уделял термодинамике в описании черных дыр. Практически 50 лет назад ученый предположил, что черные дыры могут исчезать за счет определенного испарение, которое в последующем получило его имя. Ему также принадлежит авторство понятия «микроскопические черные дыры», что изучаются как в разделе теории относительности, так и квантовой механики. Основной закон, который вывел ученый, черная дыра излучает больше частиц, чем поглощает.
Инопланетяне существуют
Ученый был убежден, что существует инопланетная жизнь, но контакт человека с ее представителями лучше свести к минимуму. Основная угроза в том, что если по развитию они будут превосходить человека, то могут основать на нашей планете колонию и поработить всех жителей. Из 100 миллиардов галактик, разумеется, жизнь не может быть только на нашей планете. Интересно то, что Стивен Хокинг несколько лет назад вел цикл радиопрограмм на ВВС, которые выходили в период рождественских и новогодних праздников.
В минувшем году среди остальных известных личностей у микрофона с экологическими темами выступала Грета Тунберг, шведская активистка-школьница. Стивен Хокинг не только знаменит благодаря своим научным разработкам, но и цитатам. Он часто любил повторять, что среди самых больших загадок Вселенной, именно женщина является главной и разгадать ее не сможет ни один ученый. Предлагаю вашему вниманию 5 самых запоминающихся фраз, которые не потеряют своей актуальности никогда.
Физик критично отзывался о школьной программе, которая основана на том, что ребенок должен зубрить и сдать экзамен, а не увлекательно освоить новую информацию. Понимая, что неизлечимо болен, он старался прожить каждый день так, чтобы это было полезно и запоминающиеся. При этом Стивен Хокинг не был финансовым гением и критично относился к своей работе, говоря: «Каждое уравнение, которое я добавляю в свои книги, сокращает продажи ровно на половину».
Человек–вселенная. Главные достижения и прогнозы Стивена Хокинга
Человек продолжает жить, пока жива память о нем. В этом смысле можно уверенно сказать, что британский физик Стивен Хокинг, скончавшийся на 77-м году жизни, победил время и обрел бессмертие. Его главные достижения – в материале портала Москва 24.
Фото: ТАСС/ FA Bobo/PIXSELL/PA Images/Joe Giddens
Популяризация науки
Давным-давно научиться читать и писать могли только представители элиты: у обычных людей просто не было шансов обрести эти навыки. В наши дни то же самое можно было бы сказать и про науку о зарождении Вселенной, если бы 8 января 1942 года в Оксфорде не родился Стивен Уильям Хокинг.
Большую часть своей научной жизни Хокинг посвятил именно популяризации науки, пытаясь сделать ее доступной для каждого человека. В 1988 году увидела свет его «Краткая история времени», которая моментально стала бестселлером и была переведена на десятки языков.
Несмотря на то, что в своем труде Хокинг рассказывал о таких сложных явлениях, как зарождение Вселенной, в ней присутствовала всего одна формула, знакомая каждому еще со школьной скамьи: Е=mc^2. Кроме того, Хокинг выразил свой взгляд на множество современных проблем, таких как социальное неравенство, экология и глобальное потепление.
Для самых маленьких
Стивен Хокинг с Дочерью Люси. Фото: ТАСС/FA Bobo/PIXSELL/PA Images/Matt Crossick
Хокинг делал все возможное не только для того, чтобы сделать науку доступной для взрослых, но и помогал разобраться в ней детям.
В 2007 году Хокинг вместе со своей дочерью Люси написали детскую сказку «Секретный ключ Джорджа ко Вселенной». Она повествует о жизни мальчика, который вопреки попыткам родителей оградить его от современных технологий, знакомится с соседом-физиком, у которого есть невероятно мощный компьютер, способный открывать порталы в удаленные точки Вселенной.
Спустя еще два года вышло продолжение книги под названием «Космическая охота Джорджа за сокровищами».
А в 1985 году Хокинг перенес тяжелое воспаление легких и в результате серии операций утратил способность говорить. Чтобы Стивен мог контактировать с окружающими, друзья подарили ему электронный синтезатор речи. К концу жизни он управлял им единственной подвижной мышцей – мимической мышцей щеки.
День независимости
Фото: ТАСС/Zuma/Dennis Van Tine
Была у Хокинга своя теория и о том, чем может закончиться личная встреча людей с представителями инопланетных цивилизаций. Стоит сразу заметить, что никакого оптимизма по этому поводу ученый не испытывал.
Признавая даже чисто математическую возможность существования иных живых организмов во Вселенной, Хокинг предполагал, что в случае встречи решающую роль сыграет уровень развития технологий.
Иными словами, ученый считал, что если технологии инопланетян будут превосходить земные, произойдет то же, что и после открытия Колумбом Америки: пришельцы построят свою колонию и будут использовать местное население в качестве рабов.
Кроме того, Хокинг предполагал, что в ближайшем тысячелетии человечество погибнет, если не найдет способа начать колонизировать другие планеты. Что касается сценариев, ученый считал, что все закончится либо ядерной войной, либо созданием генетического вируса.
Предостерегал ученый и от изобретения искусственного интеллекта: по словам Хокинга, перед тем, как начать заигрывать с различного вида роботами, человечеству нужно убедиться, что его цели и цели машин совпадают. Впрочем, не он один любил пофантазировать на эту тему: о войне человека и машин снято огромное количество художественных фильмов, среди которых «Терминатор», «Матрица», «Я, Робот» и другие.
Эйнштейн был прав
Фото: ТАСС/PA Images/Anthony Devlin
Среди всего прочего одним из главных достижений Хокинга является то, что он подтвердил Общую теорию относительности, сформулированную Альбертом Эйнштейном в далеком 1915 году.
Эйнштейн утверждал, что существование гравитационных эффектов обусловлено деформацией пространства-времени, связанного с присутствием массы-энергии, а не за счет взаимодействия сил и полей.
В свою очередь, Хокинг отмечал, что если эта теория не будет учтена в процессе разработки систем спутниковой навигации, то погрешность в их работе будет накапливаться со скоростью порядка 10 километров в день. Это связано с тем, что время на земной орбите и на поверхности земли течет по-разному, а значит и бортовые часы космических аппаратов будут работать с другой скоростью.
Про него были сняты и два биографических фильма: «Хокинг», в котором ученого сыграл известный британский актер Бенедикт Камбербэтч, а также «Вселенная Стивена Хокинга», центральное звено которого – любовная история Хокинга и Джейн Уайлд.
Конца ей не видать
Фото: ТАСС/PA Photos/Andrew Matthews
Вместе с Джимом Хартлом в 1983 году Хокинг создал теорию о том, что наша Вселенная не имеет границ.
Чтобы объяснить это более простым языком, Хокинг предлагает представить движение по поверхности земного шара: ни одному человеку еще не удалось дойти до ее края. При этом разница между земной поверхностью и Вселенной есть: первая существует в двух измерениях, вторая – в четырех.
В своем объяснении Хокинг добавлял, что понятие пространства-времени похоже на земные линии широт, которые сначала расширяются на пути к экватору, а затем, наоборот, сужаются. Исходя из этого ученый делал вывод, что и со Вселенной однажды произойдет коллапс. Однако случится это не раньше, чем через 20 миллиардов лет.
Излучение Хокинга
В 1973 году Стивен приехал в Москву и пообщался с Яковом Зельдовичем и Александром Старобинским. Советские ученые показали Хокингу, что в соответствии с законами квантовой механики черные дыры должны не только поглощать, но и рождать частицы.
Спустя год Хокинг представил свою доработанную теорию о том, что черные дыры со временем теряют массу, так как рождают пары частица-античастица, и в случае, когда полная энергия античастицы отрицательна, а энергия частицы положительна, первая падает в черную дыру, уменьшая ее энергию и массу, а вторая, наоборот, улетает в бесконечность. Этот эффект получил название «Излучение Хокинга».
Борьба за права рыбок
Однажды Хокинг сравнил человечество с рыбками, которые живут в аквариуме сферической формы. Тем самым ученый пытался объяснить, что не имея возможности выбраться за пределы своего аквариума, человек считает, что знает все об устройстве окружающего мира, а на самом деле видит лишь искаженное изображение.
Так получилось, что власти итальянского города Монц восприняли его слова слишком буквально и поспешили ввести закон, запрещающий разводить рыбок в аквариумах сферической формы. Однако власти города забыли о том, что сама по себе вода, в которой живут рыбки, имеет собственный коэффициент преломления света и искажает изображение даже в аквариуме кубической формы.