Знаменитий фізик все життя намагався "подружити" теорію гравітації та квантову теорію, мріяв про польоти в космос і нагадував землянам про неминучу космічну еміграцію.

У середу, 14 березня, стало відомо, що у віці 76 років пішов з життя один з найвідоміших фізиків-теоретиків сучасності та популяризатор науки Стівен Хокінг, який усе життя намагався примирити теорію гравітації та квантову теорію.

Секрет популярності Хокінга - в розумній ексцентричності, нездатності замикатися в будь-яких рамках, у відкритості людям, з якими він намагався вести діалог на рівних, говорячи простою мовою про складні речі.

Популяризуванню науки сприяв його активний спосіб життя: вчений багато подорожував, не раз ставав героєм мультфільмів у "Сімпсонах" та "Футурамі", в яких озвучував свого персонажа, знявся навіть у кіно в ролі самого себе - в одній із серій серіалу "Зоряний шлях: Наступне покоління" та в епізоді комедійного серіалу "Теорія Великого вибуху", вчений був прихильником ядерного роззброєння, боровся зі змінами клімату.

Німецький популяризатор науки Хуберт Манія у своїй книзі "Стівен Хокінг" так описує британського фізика: "Майже досконале втілення вільного духу, величезного інтелекту, людини, яка мужньо долає фізичну неміч, віддаючи всі сили на розшифровку "божественного задуму".

У 20 років у Хокінга стали виявлятися ознаки хронічного захворювання центральної нервової системи, яке надалі призвело до повного паралічу. Однак важке захворювання, яке майже на 40 років прикувало вченого до інвалідного крісла, не завадило йому показати світові все різноманіття Всесвіту. Сам вчений мріяв вирушити в космос і в останні роки життя він неодноразово попереджав, що людство приречене, а Земля загине від удару астероїда, високих температур чи перенаселеності, і це лише питання часу.

Дослідницьку діяльність Хокінг розпочав ще роки навчання в Кембриджі, викладав теорію гравітації, гравітаційну фізику, працював в Інституті астрономії, на кафедрі прикладної математики та теоретичної фізики Кембриджа. У Каліфорнійському технологічному інституті, куди його запросили 1974 року, він займався, зокрема, питаннями загальної теорії відносності. У 1979 році фізик отримав посаду Лукасовського професора Кембриджського університету і обіймав її до 2009 року.

Понад 20 років Хокінг керував групою, яка займається проблемами навколо теорії відносності та питаннями гравітації. У 2007 році він заснував при Кембриджському університеті Центр теоретичної космології.

"Випромінювання Хокінга"

Професор Кембриджського університету Хокінг відомий, зокрема, теоретичним передбаченням випромінювання чорних дірок, через яке вони поступово випаровуються, втрачаючи масу, а значить, і інформацію про предмети, що впали в неї. Відкриття отримало назву "випромінювання Хокінга". Воно значною мірою змінило сучасні космологічні уявлення. Згідно з загальноприйнятими уявленнями, зовнішній спостерігач не може зазирнути всередину чорної дірки та отримати будь-яку інформацію про об'єкти, що знаходяться за обрієм подій. Однак теоретично випромінювання Хокінга дозволяє зазирнути всередину чорної дірки, тобто визначити її внутрішню топологію.

Випромінювання Хокінга не є результатом руху зарядів. Воно виникає за зміни властивостей вакууму внаслідок формування чорної діри. Якщо заряди та маси народжують лише електромагнітні та гравітаційні хвилі, то в результаті квантового випромінювання Хокінга можуть з'явитися електрони, позитрони, протони та інші частки.

У випромінюванні Хокінга чорна діра випромінюватиме як звичайне нагріте до якоїсь температури джерело. При цьому температура буде обернено пропорційна її масі: чим більше дірка, тим вона "холодніша". Коли чорна діра випромінює, її маса зменшується, а температура зростає, це випливає із відповідності енергії та маси за формулою E=mc2. При цьому всі характеристики частинок, крім маси та заряду, випромінюються з однаковою ймовірністю.

Парадокс втрати інформації

Цей парадокс формулюється на стику між квантовою теорією поля та загальною теорією відносності, тому його дозвіл може допомогти у формулюванні теорії квантової гравітації.

Одна з актуальних проблем у сучасній теоретичній фізиці – зникнення інформації у чорній дірі. Фізик запропонував пояснення. На його думку, інформація не зникає і не виявляється записаною десь усередині чорної діри — натомість вона зберігається на поверхні горизонту подій надмасивного об'єкта у формі голограми. Горизонт подій – поверхня чорної дірки, з меж якої світло не може вилетіти назовні. Якщо джерело випромінювання знаходиться прямо на горизонті, то створюване ним поле видно не змінюється в часі, тобто випромінювання немає. Згідно з голографічним принципом, якщо відомо все про динаміку на горизонті, то можна відновити і динаміку всередині чорної дірки.

Хокінг у своїй статті описав, як кожен акт випромінювання відбивається на горизонті подій чорної дірки. На його думку, використовуючи голографічний принцип, можна описати деталі процесу формування випромінювання чорних дірок. Хокінг вважає, що якщо щось сталося всередині або зовні чорної дірки, відбувається якийсь акт на горизонті.

У вересні 2015 року Хокінг повідомив про нову ідею, яка, на його думку, допоможе дозволити 40-річний парадокс втрати інформації у чорних дірах. Вчений послався у своєму повідомленні на деякі спеціальні властивості простору. Якщо ними правильно скористатися, можна вказати, як і в якому вигляді інформація залишає чорну дірку. У роботі стверджується, що у випромінювання Хокінга буде нескінченно багато характеристик, а не лише температурний розподіл, що залежить від маси, заряду та моменту обертання, і за допомогою цих характеристик можна буде повністю охарактеризувати стан чорної дірки.

Пророк кінця світу

Один з найпопулярніших творів Хокінга - "Коротка історія часу". Книга, що вийшла в 1988 році з підзаголовком "Від великого вибуху до чорних дірок", відразу стала бестселером. Її тираж склав 10 млн копій, перекладена 40 мовами. Пізніше Хокінг написав ще дві книги: "Чорні дірки та молоді всесвіти" (1993 рік) та "Світ у горіховій шкаралупці" (2001 рік). У 2005 році опубліковано "Найкоротшу історію часу" - нове видання бестселера 1988 року.

Хокінг доступною мовою спробував спростувати постулат про незмінність Всесвіту. "У світлі від далеких галактик відбувається зміщення у бік червоної частини спектру. Це означає, що вони віддаляються від нас, що Всесвіт розширюється", - писав він.

"Вмираюча зірка, стискаючись під дією власної гравітації, зрештою, перетворюється на сингулярність - на точку нескінченної щільності та нульового розміру. Якщо повернути назад хід часу так, щоб стиснення перетворилося на розширення, стане можливим довести, що у Всесвіту було початок. Однак доказ, заснований на теорії відносності Ейнштейна, показував також, що неможливо зрозуміти, як стався Всесвіт: він демонстрував, що всі теорії не діють у момент початку Всесвіту», - зазначає вчений.

Він запитав, що станеться, коли Всесвіт припинить розширюватися і почне стискатися. "Мені здавалося, що коли почнеться стиснення, Всесвіт повернеться в упорядкований стан. У такому разі, з початком стиснення час мав повернути назад. Люди в цій стадії проживали б життя задом наперед і молоділи в міру стиснення Всесвіту", - говорив він.

Пізніше він дійшов висновку, що час все ж таки не поверне свій хід назад при стисканні Всесвіту. "У реальному часі, в якому ми живемо, у Всесвіту є дві можливі долі. Він може продовжувати розширюватися вічно. Або він може почати стискатися і припинити своє існування в момент "великого сплющування". Це буде схоже на великий вибух, тільки навпаки" - вважає фізик.

Хокінг вірив у існування позаземного життя. "У Всесвіті зі 100 мільярдами галактик, кожна з яких містить сотні мільйонів зірок, малоймовірно, що Земля є єдиним місцем, де розвивається життя. З суто математичної точки зору, лише цифри дозволяють сприймати думку про існування інопланетного життя як абсолютно розумну. Реальною проблемою. є те, як можуть виглядати інопланетяни, чи вони сподобаються землянам своїм виглядом, адже вони можуть бути мікробами або одноклітинними тваринами, або хробаками, які населяли Землю протягом мільйонів років", - вважає Хокінг.

На думку Хокінга, Всесвіт все-таки матиме фінал, і людству не залишиться нічого іншого, як підкорювати космос і освоювати нові планети, і почати слід з Місяця і Марса. "Розселення в космосі повністю змінить майбутнє людства. Воно визначить, чи буде у нас взагалі якесь майбутнє, - сказав учений на науковому фестивалі у 2017 році. - Зрозуміло, що ми вступаємо у нову космічну епоху. Ми стоїмо на порозі нової ери. Колонізація інших планет людиною – це вже не наукова фантастика, це може стати науковим фактом”.

Анастасія Ксенофонтова

У своїй останній праці британський фізик Стівен Хокінг переосмислив теорію Великого вибуху. Стаття вченого надійшла у видання Journal Of High Energy Physics за десять днів до його смерті та була опублікована 3 травня. У новій роботі спростовується теорія безмежного розширення Всесвіту і доводиться, що у кожному з паралельних світів, що виникли після Великого вибуху, діють одні й самі закони фізики, а чи не різні, як сам Хокинг стверджував раніше. Також дослідник висловив гіпотезу про те, що наш тривимірний світ є лише проекцією інформації, яка зберігається на двовимірній площині. Про революційні відкриття Хокінга - у матеріалі RT.

• Стівен Хокінг
• Lucas Jackson / Reuters

У пошуках паралельних всесвітів

За десять днів до смерті, 14 березня 2018 року, відправив до наукового видання Journal Of High Energy Physics роботу, в якій він переосмислив. У новій праці Хокінг спростовує результати своєї попередньої роботи A Smooth Exit from Eternal Inflation («Плавний вихід із хаотичної теорії інфляції»), у якій він узагальнив висновки з теорії про мультивсесвіту.

Хокінг змінив свою думку про інфляційну модель, згідно з якою після Великого вибуху наш Всесвіт почав безмежно розширюватися. Однак у останній роботі фізик спростовує сам себе. Він дійшов висновку, що процес розширення зупинився, Всесвіт досяг своїх максимальних розмірів і за її межами нічого не існує.

«За ними немає нічого – ні космосу, ні часу. Абсолютне ніщо», - зазначив Томас Ертог, співавтор дослідження Хокінга.

Відповідно до теорії мультивсесвіту, Великий вибух супроводжувався безліччю інших аналогічних йому вибухів, кожен із яких породив окремий Всесвіт. У своїй роботі Хокінг дійшов висновку, що у всіх світах діють схожі закони фізики, а чи не різні, як він вважав раніше. Таким чином, на думку вченого, на основі інформації про процеси, що відбуваються у нашому Всесвіті, можна вивчати інші світи.

На думку російських учених, точно сказати, які закони діють у паралельних всесвітах, дуже складно.

«Теорія мультивсесвіту розробляється вже понад 30 років. Паралельні всесвіти, згідно з інфляційним сценарієм, існують, але яким законам фізики вони підкоряються, сказати складно. Звичайно, паралельні світи можна вивчати як математичні об'єкти, це цікаво, але практичного відношення до нашого Всесвіту вони не мають і на земні процеси ніяк не впливають», — повідомив у розмові з RT академік РАН, головний науковий співробітник Інституту теоретичної фізики імені Л.Л. Д. Ландау Олексій Старобінський.

«Всесвіт – це голограма»

Також у своїй останній роботі Хокінг дійшов висновку, що наш Всесвіт є складною голограмою. Іншими словами, тривимірна реальність є ілюзією, а видимий навколо нас світ, як і сама природа простору та часу, проектується з даних, що зберігаються на плоскій двовимірній поверхні.

«Виходячи з нової гіпотези, можна дійти невтішного висновку, що наш Всесвіт — це голограма. Ця теорія говорить про те, що Всесвіт міг виникнути за голографічним принципом, будучи проекцією певної двовимірної області, яка існувала за межами Великого вибуху», - зазначив Ертог.

Однак, на думку російських учених, немає жодних причин сумніватися в природі простору та часу нашого Всесвіту.

«Голорамма в буквальному значенні — це зображення тривимірного об'єкта, спроектоване з двовимірною площиною. Дійсно є теорія, згідно з якою можна знайти двовимірну поверхню, на якій буде записана вся інформація про те, що відбувається у Всесвіті. Однак усі останні дослідження, які проводилися експертами в галузі космології, спростовували теорію голографічного Всесвіту», - зазначив Старобінський.

Як вважає доктор фізико-математичних наук, співробітник Фізичного інституту ім. П.М. Лебедєва РАН, член комісії РАН з боротьби з лженаукою Ростислав Поліщук, висновки Хокінга про голографічний Всесвіт є плодом його фантазії.

«Це цікава ідея, проте вона не підтверджена фактами. Науковою спільнотою цю концепцію не прийнято. Голографічна гіпотеза Хокінга є суто художньою і навряд чи колись призведе до точних наукових формул. Справа в тому, що окрім наукових здібностей у Хокінга були дуже розвинені гуманітарні. Тому в його випадку така теорія – результат гри уяви», – зазначив Поліщук у розмові з RT.

Англійський фізик-теоретик, космолог та письменник Стівен Хокінг вважав, що природа космосу може бути набагато простішою, ніж вважалося досі. Нову теорію опублікували лише за кілька тижнів після смерті видатного вченого.
Дослідження, яке містить погляди фізика, написане спільно з Томасом Гертогом з Левенського католицького університету (Бельгія), опублікував у журналі Journal of High Energy Physics Кембриджський університет, де працював Хокінг.

Космологічна інфляція

Вчені вважають, що наш Всесвіт виник разом із Великим вибухом, після якого настав неймовірно швидкий розвиток – так звана космологічна інфляція. У видимому Всесвіті цей процес закінчився вже давно.

«Однак деякі теорії про космологічну інфляцію кажуть, що цей процес не зупиняється і продовжується в інших ділянках космосу завжди. Ця вічна інфляція створює «мультисвіт», який є сукупністю «кишенькових» всесвітів, серед яких наш лише один із багатьох», – зазначає The Times.

Таких всесвітів може бути дуже багато. І якщо вони відрізняються один від одного, то як тоді визначити той, у якому ми живемо? Він «типовий» чи ні?

Власне це, і навіть визначення методу оцінки, які типи всесвітів можливі і які можуть існувати, і є ключовим питанням розуміння законів природи.

Остання теорія Стівена Хвікінга

Стівен Хокінг підійшов до цього питання з точки зору, яку сформулював у результаті багаторічних досліджень на стику квантової та гравітаційної теорій.

Професору Хокінгу завжди не давала спокою ідея «мультивсесвіту», що на фундаментальному рівні не узгоджується з теорією відносності Ейнштейна. Минулого року в інтерв'ю він навіть заявив, що ніколи не був "фанатом мультивсесвіту".

«Нова теорія передбачає дивну концепцію про те, що Всесвіт – це щось на зразок величезної та складної голограми. Іншими словами, 3D-реальність – це ілюзія, і уявний великий світ навколо нас – і вимір часу – проектуються з інформації, що зберігається на плоскій поверхні 2D», – додає The Telegraph.

Професор Гертог з Левенського католицького університету підкреслив, що «це дуже точна математична концепція голографії, що виникла з теорії струн за останні кілька років, яка ще не повністю зрозуміла, але вона дивовижна і докорінно змінює колишні уявлення».

Стівен Хокінг заявив перед своєю смертю, що «ми не залежимо від єдиного унікального всесвіту, але наші відкриття мають на увазі значне скорочення мультивсесвіту до набагато меншого діапазону можливих всесвітів».

«Вчені назвали цю теорію абстрактною, а також «стимулюючою, хоч і не революційною», – повідомляє The Times.

Хто такий Стівен Х окінг?

Вчений провів більшу частину свого життя в інвалідному візку після того, як у віці 21 року йому поставили діагноз – бічний аміотрофічний склероз – невиліковне нейродегенеративне захворювання. Незважаючи на це, у 1979 році він став професором математики в Кембриджському університеті, а через дев'ять років опублікував книгу «Коротка історія часу», яка стала міжнародним бестселером.

Разом з Роджером Пенроуз він розробив теорему про особливості в рамках загальної теорії відносності, а також навів теоретичний доказ того, що чорні дірки є джерелом випромінювання. Сьогодні це явище називається «випромінюванням Хокінга», або «Бекенштейна-Хокінга».

Публічні виступи вченого, які він не припинив навіть після того, як втратив можливість говорити та спілкувався лише за допомогою голосового синтезатора, а також науково-популярні книги, в яких він розмірковує про сучасну космологію та свої власні відкриття, принесли йому світову популярність.

Хокінг неодноразово попереджав про негативні наслідки неконтрольованого розвитку, включаючи загрозу для земної цивілізації з боку інтелектуальних роботів, глобального потепління, ядерної війни та нових вірусів, створених генною інженерією. На його думку, стихійні лиха, спричинені цими чинниками, можуть змусити людство переселитися інші небесні тіла.

Підготував Андрій Павлишин,

У новій роботі Хокінг і Хертог кажуть, що модель нескінченної інфляції є неправильною, оскільки закони Загальної теорії відносності Ейнштейна розбиваються квантовому рівні, стаючи марними.

«Проблема зі звичною моделлю нескінченної інфляції пов'язана з тим, що вона передбачає існування фонового всесвіту, який еволюціонує відповідно до Загальної теорії відносності Ейнштейна і розглядає квантові ефекти лише як незначні флуктуації», — пояснює Хертог.

«Однак динаміка нескінченної інфляції стирає поділ між класичною та квантовою фізикою. Як наслідок, теорія Ейнштейна розпадається у нескінченній інфляції».

Нова теорія бере в основу теорію струн – одну з моделей, яка намагається ув'язати Загальну теорію відносності з квантовою теорією, замінюючи найдрібніші частинки з фізики частинок крихітними одновимірними струнами, що коливаються.

Згідно з голографічним принципом теорії струн, обсяг простору може бути описаний його межами. Іншими словами, в певному сенсі наш Всесвіт подібний до голограми, в якій фізично реальний тривимірний простір може бути математично зведений до 2D-проекції на його поверхні.

Вчені запропонували варіацію голографічного принципу, що проектує тимчасовий вимір у нескінченній інфляції, що дозволяє описати загальний концепт без необхідності покладатися на Загальну теорію відносності. Це своє чергу дозволило дослідникам математично скоротити нескінченну інфляцію до нескінченного стану просторової поверхні початку Всесвіту – голограми нескінченної інфляції.

«Коли ми відслідковували еволюцію нашого Всесвіту назад у часі, колись ми досягли порога нескінченної інфляції, де наше знайоме поняття часу перестає мати якесь значення», — зазначає Хертог.

У 1983 році Хокінг разом із фізиком Джеймсом Хартлом запропонували концепцію безмежної теорії Всесвіту. У ній вчені говорили про те, що в момент Великого вибуху у Всесвіті було лише простір, але не було часу та кордонів. Концепція Хокінга і Хартла допускала існування паралельних світів, котрим визначено єдина хвильова функція. У цьому різноманітті всесвітів дійсність, що спостерігається людиною, - лише одна з можливих.

Згідно з новою теорією, ранній Всесвіт мав кордони, і це дозволило Хокінгу та Хертогу отримати більш надійні прогнози щодо її структури.

«Ми прогнозуємо, що наш Всесвіт у загальному масштабі досить гладкий і має межі. Вона не є фрактальною структурою», — сказав Хокінг.

Отримані в результаті роботи висновки не спростовують ідею мультивсесвітів, однак скорочують їх до набагато меншого діапазону. Іншими словами, теорію мультивсесвіту в майбутньому можна буде перевірити, якщо, звичайно, висновки Хокінга та Хертога вдасться повторити та підтвердити іншими фізиками.

Сам Хертог хотів би перевірити свої з Хокінг висновки через спостереження за гравітаційними хвилями, які могли б створюватися нескінченною інфляцією. Ці хвилі надто величезні для того, щоб їх можна було визначити за допомогою інтерферометра LIGO, проте майбутні інтерферометри гравітаційних хвиль, такі як наземний LISA, а також подальші спостереження за фоновим космічним випромінюванням могли б їх виявити, вважає дослідник.

У ніч на 14 березня у віці 76 років пішов із життя один із найзнаменитіших фізиків-теоретиків нашого часу - . Йому належать багато великих наукових відкриттів та припущень про будову світу. Ми пропонуємо вам познайомитися з найбільш феноменальними та цікавими з них.

Минуле та майбутнє- Це спектр можливостей. Одним із наслідків теорії квантової механіки є те, що події, що відбулися в минулому, не відбувалися певним чином. Вони сталися всіма можливими способами. Це з імовірнісним характером речовини: до того часу, доки знайдеться сторонній спостерігач, усе перебуватиме у невизначеності. Незалежно від того, які спогади ви зберігаєте про минуле в даний час, минуле, як і майбутнє, є невизначеним і існує у вигляді спектра можливостей.

Всесвіт породив сам себе. Хокінгприсвятив чимало часу науковим доказам того, що не існує Бога. «Оскільки існує така сила як гравітація, Всесвіт міг і створив себе з нічого. Мимовільне створення – причина того, чому існує Всесвіт, чому існуємо ми. Немає жодної потреби у Богові для того, щоб «запалити» вогонь і змусити Всесвіт працювати».

Теорія всього. Хокінгта його колега Леонард Млодіновдоопрацювали М-теорію, створену у 90-х роках. Вона є відгалуженням теорії струн і описує весь Всесвіт. Згідно з нею, на найменшому рівні всі частинки складаються з лай- Багатомірних мембран. Їхні властивості пояснюють усі процеси у нашому Всесвіті. Ця теорія також доводить існування великої кількості всесвітів, у яких діють інші фізичні закони.

Навігаційні системи та теорія відносності. Загальна теорія відносності була сформульована Ейнштейномпонад сто років тому. Хокінг виступив у ролі її популяризатора. Він стверджує, зокрема, що «Якщо загальну теорію відносності не буде прийнято до уваги в GPS-навігаційних супутникових системах, помилки у визначенні глобальних позицій накопичуватимуться зі швидкістю близько 10 км на день.

Що ближче об'єкт до Землі, то повільніше тече час. Таким чином, залежно від того, на якій відстані від Землі знаходяться супутники, їх бортовий годинник працюватиме з різними швидкостями. Цю різницю ми могли компенсувати автоматично, якби цей ефект враховувався».

Пригнічені акваріумні рибки. «Уявіть себе рибкою, яка живе в акваріумі з опуклими стінками. Що ви знали б про наш світ, якби все життя дивилися на нього у спотворенні від скла і не могли вибратися? Неможливо пізнати справжню природу реальності: ми вважаємо, що чітко уявляємо собі світ довкола себе, але, говорячи метафорично, ми приречені все життя провести в акваріумі, оскільки можливості нашого тіла не дають нам вибратися з нього», — каже Хокінг. Влада міста Монц, Італія, дуже вразила цю ідею. Вони законодавчо заборонили тримати рибок у круглих акваріумах, щоб спотворення світла не заважало їм сприймати світ таким, яким він є.

Кварки не бувають самотні.Кварки, "будівельні блоки" протонів і нейтронів, існують виключно групами і ніколи - по одному. Сила, яка пов'язує кварки, збільшується зі збільшенням відстані між ними, так що, якщо спробувати відтягнути один кварк від іншого, то чим сильніше ви тягтимете, тим сильніше він намагатиметься вирватися і повернутися назад. Вільні кварки не зустрічаються у природі.