Хокинг был прав, но иногда ошибался: самые смелые идеи ученого

Стивен Хокинг был одним из величайших физиков-теоретиков современности, чья карьера продлилась более 50 лет, несмотря на прогнозы врачей. Начиная с докторской диссертации в 1966 году, он продолжал делать удивительные открытия о Вселенной безостановочно вплоть до 2018 года. Физик опубликовал последнюю работу всего за несколько дней до смерти в возрасте 76 лет.

Хокинг работал на передовых интеллектуальных рубежах физики, и его теории часто казались причудливыми. Во всяком случае, в то время, когда он их впервые озвучивал. Тем не менее, они медленно, но верно принимаются в научном сообществе. От революционных взглядов на черные дыры до объяснения начала существования Вселенной, вот некоторые из его теорий, которые уже подтвердились и которые нет.

Большой взрыв победил

Хокинг начал писать свою докторскую диссертацию в тот момент, когда в научном сообществе шли жаркие споры о том, как зародилась Вселенная. Две соперничающие идеи по-своему объясняли начало всего — теория Большого взрыва и теория устойчивости. Обе признавали, что Вселенная расширяется, но в первой она расширяется из ультракомпактного, сверхплотного состояния, а вторая предполагает, что Вселенная расширяется вечно, при этом для поддержания постоянной плотности постоянно создается новая материя.

В своей диссертации Хокинг показал, что теория устойчивого состояния математически противоречива сама себе. Физик утверждал, что Вселенная началась как бесконечно малая, бесконечно плотная точка — с сингулярности. Сегодня описание Хокинга почти повсеместно принято среди ученых.

Черные дыры реальны

Имя Хокинга больше всего ассоциируется с черными дырами — еще одним видом сингулярности. Эти объекты образуются, когда звезда подвергается коллапсу под действием собственной гравитации. Проблема была в том, что существование черных дыр хоть и вписывалось в общую теорию относительности Эйнштейна, но противоречило квантовой физике. Хокинг обратил внимание на черные дыры в начале 1970-х годов.

Согласно статье в Nature, он объединил уравнения Эйнштейна с уравнениями квантовой механики, чтобы доказать возможность существование черных дыр. В итоге то, что раньше было теоретической абстракцией, превратилось в жизнеспособную теорию. Окончательное доказательство того, что Хокинг был прав, появилось в 2019 году, когда телескоп Event Horizon получил прямое изображение сверхмассивной черной дыры, скрывающейся в центре гигантской галактики Messier 87.

Черные дыры получили свое название из-за того, что их гравитация настолько сильна, что фотоны или частицы света не могут покинуть их. Но в своих ранних работах по этой теме Хокинг утверждал, что ситуация не так однозначна.

Излучение Хокинга

Черные дыры получили свое название из-за того, что их гравитация настолько сильна, что фотоны или частицы света не могут покинуть их. Но в своих ранних работах по этой теме Хокинг считал иначе.

Применяя квантовую теорию, а именно идею о том, что пары «виртуальных фотонов» могут спонтанно создаваться из ничего, он понял, что некоторые из этих частиц, по-видимому, излучаются черной дырой. Эту теорию, которую теперь называют излучением Хокинга, недавно подтвердили в лабораторном эксперименте в Израильском технологическом институте Техниона, Израиль. Вместо реальной черной дыры исследователи использовали акустический аналог — «звуковую черную дыру», из которой звуковые волны не могут выйти. Они обнаружили эквивалент излучения Хокинга в точности в соответствии с предсказаниями физиков.

Информационный парадокс

Существование излучения Хокинга создает серьезную проблему для теоретиков. Согласно расчетам Хокинга, черные дыры должны излучать элементарные частицы и со временем испаряться. Кажется, это единственный физический процесс, который «удаляет» информацию из Вселенной. Это значит, что основные свойства материала, из которого образовалась черная дыра, утеряны навсегда; выходящее излучение ничего не говорит нам о них. Однако это противоречит общим принципам квантовой механики. Противоречие это получило название «информационный парадокс», и над его разрешением ученый работал последние 40 лет.

Хокинг считал, что на самом деле информация о составе черных дыр не утрачена. В 2016 году профессор заявил, что она хранится в облаке частиц с нулевой энергией, которое окружает черную дыру — ученый назвал его «легким пушком» в статье Black Hole Entropy and Soft Hair («Энтропия черной дыры и легкий пушок»).

Столь странное на первый взгляд название статьи является отсылкой к физической «теореме об отсутствии волос» у черной дыры, где «волосы» — это метафора информации о материи, которую черная дыра поглощает и не выпускает обратно. Она посвящена информационному парадоксу: ученый несколько десятилетий пытался понять, что происходит с информацией в черных дырах. Но теорема Хокинга о «волосатой» черной дыре — лишь одна из нескольких выдвинутых гипотез, и на сегодняшний день информационный парадокс остается нерешенным.

Мультивселенная

Одной из тем, с которой Хокинг работал в конце жизни, была теория мультивселенной — идея о том, что наша Вселенная, которая появилась в результате Большого взрыва, является лишь одной из бесконечного числа сосуществующих «пузырьковых Вселенных».

Однако Хокинга не устраивало предположение некоторых ученых о том, что любая нелепая ситуация, которую вы можете себе представить, прямо сейчас происходит где-то в этом бесконечном множестве параллельных Вселенных. Итак, в своей последней статье 2018 года, по его собственным словам, Хокинг «попытался приручить мультивселенную». Он предложил новую математическую основу, которая, не отказываясь от мультивселенной в целом, сделала ее конечной, а не бесконечной. Но, как и в случае с любыми рассуждениями о параллельных вселенных, мы понятия не имеем, верны ли его идеи. И вряд ли в ближайшее время ученые смогут проверить его идею.

Гипотеза о защищенности хронологии

Как ни удивительно это звучит, законы физики — в том смысле, в каком мы их понимаем сегодня — не запрещают путешествия во времени. Решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна включают «замкнутые временные кривые», которые позволят человеку вернуться в свое прошлое. Но, опять же, Хокинга это не устраивало — он был уверен, что путешествие во времени назад порождает логические парадоксы, которые просто невозможны.

Поэтому он предположил, что некий пока неизвестный в настоящее время закон физики предотвращает возникновение замкнутых временных кривых. Свое предположение он высказал в «гипотезе защиты хронологии». Но это просто догадка, и пока неизвестно, возможны ли путешествия во времени или нет.

Мрачные пророчества

В последние годы своей жизни Хокинг сделал серию мрачных пророчеств относительно будущего человечества.

Они варьируются от предположения о том, что неуловимый бозон Хиггса, или «частица Бога», может вызвать вакуумный пузырь, который поглотит Вселенную, до враждебных инопланетных вторжений и захвата власти на Земле искусственным интеллектом. Хотя Стивен Хокинг был прав во многих вещах, нам остается только надеяться, что он ошибался в этом.

Читать далее

В американской пустыне вылупились «живые ископаемые». Они спали десятки лет

Посмотрите на цифровое искусство, которое сделали на основе анализа книг Айзека Азимова

Брэнсон, Безос и Пересильд: зачем известные люди летят в космос и что они там делают