Теория хокинга о происхождении вселенной кратко. Невероятные теории о мире от стивена хокинга

Хокинг разработал теорию о том, что черные дыры «испаряются» за счет особого излучения, которое потом назвали его именем.

До этого открытия ученые считали, что черные ничего не излучают, а лишь поглощают. Он доказал, что черные дыры не совсем черные, так как излучают остаточную радиацию.

Также Хокинг делает вывод, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.

Эйнштейн так и не принял квантовую механику из-за связанного с ней элемента случайности и неопределенности. Он сказал: Бог не играет в кости. Похоже, что Эйнштейн ошибся дважды. Квантовый эффект черной дыры позволяет предположить, что Бог не только играет в кости, но и иногда бросает их туда, где их нельзя увидеть. Стивен Хокинг.

Елена Нохрина

Заместитель заведующего лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов вселенной МФТИ

Какие теории Хокинга самые выдающиеся

Теории, которые касаются космологии и теории Большого взрыва. Это важные теории, и они положили начало большому количеству работ в этом направлении. Стивеном Хокингом было задето много философских проблем: что было до Большого взрыва, что происходит с потерей информации в черной дыре. Черная дыра - идеальный поглотитель информации, потому что в ней теряется все, даже возможность когда-нибудь эту потерянную информацию восстановить.

Какая теория Хокинга самая интересная для астрофизиков

С точки зрения астрофизики, самая главная работа - теория излучения Хокинга. Она о том, каким образом могут испаряться черные дыры. Это любопытная теория, в свое время она была взрывом и с философской точки зрения. Считается, что черная дыра никак не может терять свою массу. Площадь ее поверхности однозначно связана с энтропией, которая по Второму закону термодинамики не может убывать. Если масса убывает - поверхность сокращается, если масса увеличивается - поверхность возрастает. Термодинамика допускает, что энтропия только возрастает, а процесс Хокинга дает возможность черной дыре испаряться и таким образом уменьшать поверхность.

Когда теория появилась, она вызвала обсуждения, но сейчас она является принятой. Ее объяснение связано с тем, что если вблизи горизонта черной дыры рождается электрон-позитронная пара, то одна частица может упасть в черную дыру с отрицательной энергией и, значит, вторая частица уносит положительную энергию от черной дыры. Это суть процесса излучения. С точки зрения астрофизики, людей, которые занимаются магнитосферой черных дыр, джетами, это важно, потому что есть такой процесс Блэнфорда - Знаека, который запускает джеты и позволяет им черпать энергию из энергии вращения черной дыры. И он идеологически такой же, а в него мы верим, поэтому теория имеет и реальное значение. Этот процесс связан не с тем, что одна частица падает, а другая улетает из черной дыры, а с тем, что в черную дыру падает отрицательная электромагнитная энергия и, соответственно, положительная уносит часть энергии черной дыры.

Это дает возможность рассматривать разные процессы, которые позволяют добывать энергию черной дыры. Нам нужны механизмы, чтобы отбирать энергию у черной дыры, которая, казалось бы, ничего не должна отдавать назад. Мы видим далекие квазары, у которых энергия, уносимая релятивистско-струйным выбросом, по оценкам больше, чем энергия падающего вещества. Но если это так, то это нарушение закона сохранения энергии. Объясняется это тем, что вклад в энергию дает замедление черной дыры.

Как создаются такие сложные теории

Это результат, который получен на кончике пера. Работа Стивена Хокинга связана со сложной математикой, поэтому, конечно, это результаты, которые получаются математически. Но хочется иметь какую-то интуицию, как его рассказать физически. Я думаю, это один из тех результатов, которые были получены именно так: математически решена какая-то задача - и дальше была дана интерпретация на уровне вот этой квантовой пары. То есть это фантазии, но фантазии, основанные на физической интуиции человека.

Как к теориям Хокинга относятся в научном сообществе

Осторожное отношение к теориям Хокинга есть, потому что это такие вопросы, над которыми можно размышлять. Является ли площадь поверхности черной дыры полным аналогом энтропии, которая не должна убывать? А если она убывает, то как это объяснить? Теории действительно спорные, но они толкают вперед к размышлению в этих направлениях.

Дадут ли когда-нибудь Хокингу Нобелевскую премию

Нобелевскую премию посмертно не присуждают категорически. Даже если есть достижение у группы, а один человек умер, то группа теряет шанс на получение Нобелевской премии. Вообще Нобелевские премии вручают за теории, которые имеют практическое подтверждение, поэтому даже если бы вручали посмертно, то, думаю, в ближайшее время точно нет. Результат процесса Хокинга скорее гипотетический, поскольку время испарения черных дыр слишком большое и я не уверена, что это можно будет наблюдать. Я бы не стала говорить, что Хокинг - самый выдающийся ученый поколения. Его теории очень абстрактные, и часть его славы связана с популяризаторской деятельностью. Нельзя сказать, что он самый выдающийся, но в группе выдающихся.

Стивен Хокинг, сделавший немало научных открытий и предположений об устройстве мира, являлся одним из самых знаменитых и популярных учёных-физиков нашего времени. Основная область исследований Хокинга – это космология и квантовая гравитация.

За свои достижения Хокинг в 1974 году стал членом Лондонского Королевского общества, а в 1975 году, благодаря разработке теории квантового процесса «испарения» черных дыр, ученым с мировой известностью. Открытие этого излучения, которое приводит к ликвидации чёрных дыр, названо в честь Стивена Хокинга.
Суть явления Излучения Хокинга – это процесс излучения чёрной дырой разнообразных элементарных частиц. Согласно этой теории черная дыра не только поглощает всё вокруг себя, но и испускает сама различные частицы, преимущественно фотоны. Когда черной дыре больше нечего поглощать вокруг себя, она должна начать сужаться, то есть испускать частицы наружу. В конечном итоге это должно привести к её исчезновению через взрыв на последних стадиях. Такое испускание и получило название «Излучение Хокинга» или Испарение черных дыр.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, при образовании Вселенной могли бы рождаться первичные чёрные дыры, а некоторые из них теоретически должны были бы заканчивать испаряться в наше время. Так как с уменьшением размера чёрной дыры интенсивность испарения, наоборот, возрастает, то последние стадии должны быть, по сути, взрывом чёрной дыры. Тем не менее, до сих пор таких взрывов зарегистрировано не было.
Кстати, Излучение Хокинга оказалось серьезным аргументом для предположения о возникновении небольших чёрных дыр в ходе экспериментов, проводимых на Большом Адронном Коллайдере. Однако сформированная таким образом микроскопическая черная дыра, согласно тому же предположению, должна мгновенно испариться за счет излучения Хокинга и не может представлять угрозы для жизни землян….
…. «Я думаю, что наш разум – это программа, в то время как мозг – аналог компьютера. Теоретически возможно скопировать содержимое мозга на компьютер и таким образом создать форму вечной жизни. Сегодня, однако, это не в наших силах» — заключил Хокинг.
По утверждению Хокинга, прошлое – это всего лишь вероятность. Одно из следствий теории квантовой механики заключается в том, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определённым образом. Вместо этого они произошли всеми возможными способами. Это сложно для нашего понимания, и связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдётся сторонний наблюдатель, всё будет парить в неопределённости…..
…..Основываясь на своих знаниях, Стивен Хокинг предостерегает, что искусственный интеллект вполне может положить конец человеческой расе, а первый контакт с разумной внеземной цивилизацией, возможно, станет и последним. По его словам: если технологии инопланетян будут превосходить земные, они обязательно образуют на Земле свою колонию и поработят человечество.
Но есть и хорошие новости. Недавно известный английский физик заявил, что современная наука находится в преддверии революции, когда будет создана единая теория, объясняющая все фундаментальные основы физического мира и бытия. При этом, по словам Хокинга, открытие будет сделано в рамках М-теории, которая предполагает наличие параллельных миров и многочисленных физических сил, пока неизвестных современной науке.
Так называемая М-теория или «Теория всего», предложенная Эдвардом Виттеном в 90-х годах 20-го столетия, была осмыслена и доработана Хокингом и его коллегой Леонардом Млодиновым. М-теория является ответвлением теории струн и описывает всю Вселенную разом. Согласно ей, на самом мельчайшем уровне все частицы состоят из бран - многомерных мембран, свойства которых могут объяснить абсолютно все процессы, происходящие в нашей Вселенной. Кстати, эта теория также предполагает существование огромного числа вселенных, в которых действуют физические законы, отличные от наших.
Хокинг утверждает, что создание Последней теории наконец завершит стройное здание теоретической физики. «Мы узнаем основные законы, которые управляют Вселенной». Ну, что же, учитывая тот факт, что за последние сто лет своей истории человечество совершило огромный инновационный скачок, нет причин не доверять предсказанию в высшей степени умнейшего ученого – Стивена Хокинга.

Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

Великого ученого Стивена Хокинга не стало в ночь на 14 марта. Хокинг был серьезно болен, но, несмотря на свой недуг, он сделал огромный вклад в развитие науки и сумел рассказать нам о сложных вещах простым языком.

IQ - для дураков

Хокинг не знал, каков коэффициент его IQ и даже никогда этим не интересовался. Он был уверен, что этот показатель интересует только неудачников.

Вся наша планета - аквариум с выпуклыми стенками

Стивен Хокинг считал , что все мы, каждый человек - это лишь рыбка, живущая в аквариуме с выпуклыми стенками. И о мире мы судим искаженно, потому что смотрим на него изнутри, не имея возможности изучить его снаружи.

Однако, несмотря на эту теорию, Хокинг продолжал исследовать Вселенную, разрушая все стереотипы о ней.

Вселенная появилась из «ничего» и гравитации

Хокинг утверждал, что в происхождении Вселенной нет никакой глобальной тайны. Она вполне могла породить себя из «ничего». Согласно теории Большого взрыва, сначала она существовала как крохотная, но очень горячая частица с огромной плотностью, бесконечной массой и, как следствие, бесконечной гравитацией.

Около 14 млрд лет назад она взорвалась и создала пространство нашей Вселенной.

Примечательно, что многие свои исследования Хокинг делал, когда не мог двигаться и говорить

Стивен Хокинг был болен боковым амиотрофическим склерозом . Болезнь дала о себе знать, когда будущему великому физику было 18 лет. Врачи прочили молодому человеку 2,5 года жизни, но Хокинг смог прожить до 76 лет.

Он говорил о науке легко и просто, как о чем-то само собой разумеющемся. И мечтал, чтобы его книги были популярны у людей, далеких от науки, и продавались в киосках, установленных в залах ожидания аэропортов.

Иллюзия - враг знания

По словам Хокинга, главный враг знания не невежество, а иллюзия знания. Нам кажется, что мы знаем все, в то время как окружающий мир преподносит все новые и новые сюрпризы. Несколько десятков лет назад даже научная фантастика не могла предположить существование черных дыр во Вселенной, а сегодня их наличие признано научным сообществом.

По словам Хокинга, исследование и открытие нового намного интереснее того, сколько денег ты за это получаешь.

Райское место находится не на Земле

На вопрос о том, где бы он хотел побывать, Хокинг отвечал, что такое место находится точно не на Земле. По словам ученого, если бы у него была свободная пара миллиардов долларов, он арендовал бы космический корабль и улетел отсюда.

Хоть в космос полететь физик так и не смог, но в невесомости он побывал. Эту возможность ему предоставила американская компания Zero Gravity, позволив Хокингу прокатиться на специально оборудованном самолете, который, набирая высоту, «ныряет» вниз, и в этот момент на 25 секунд на борту возникает невесомость.

Прошлое - всего лишь спектр возможностей

По мнению Хокинга, неважно, какие воспоминания мы храним о прошлом. Ведь события в прошлом не происходят каким-то определенным образом. Они происходят всеми возможными образами. И, пока не появляется сторонний наблюдатель, просто парят в неопределенном состоянии.

Эта идея лежит в основе квантовой механики, которую категорически не принимал Альберт Эйнштейн.

«Господь не играет в кости» - говорил Эйнштейн.

Однако Хокинг, приводя в пример черные дыры, утверждал , что Господь не только играет в кости, но и бросает их туда, где их никто не сможет увидеть.

Время относительно

Однако в чем Хокинг был абсолютно согласен с Эйнштейном, так это в том, что время - единица относительная . И чем ближе к Земле находится объект, тем медленнее для него течет время.

Хокинг выступал за то, чтобы это обстоятельство учитывалось при программировании систем GPS, что должно помочь избежать погрешностей, которые при определении глобальных позиций, по словам ученого, могут накапливаться со скоростью 10 км в день.

Фатализм - обманка

Стивен Хокинг не верил в то, что все в нашей жизни предрешено, и шутливо замечал, что даже ярко выраженные фаталисты все-таки смотрят по сторонам, прежде чем переходить дорогу.

Сам же физик считал себя оптимистом и, несмотря на то что не был уверен, что человечество проживет еще хотя бы тысячу лет (ведь существует огромное множество сценариев, при которых может погибнуть все живое на крохотной планете), верил в то, что к этому моменту наша раса улетит отсюда, освоив космос.

Жизнь не место для трагизма

«Жизнь была бы очень трагичной, если бы не была такой забавной» - говорил Хокинг. И сегодня, когда весь мир скорбит по великому физику, эти слова для многих выглядят как лекарство от грусти.

Реакция близких на смерть ученого

У Стивена Хокинга трое взрослых детей. Старший сын интересуется программным обеспечением, младший сын и дочка сделали выбор в пользу изучения языков.

Утром 14 марта они связались с прессой и передали, что глубоко огорчены смертью отца. «Он был великим ученым и выдающимся человеком, чей труд и наследие будут жить в течение многих лет. Его мужество и настойчивость с блеском и юмором вдохновляли людей по всему миру», - рассказали дети Хокинга. Они также процитировали своего отца.

Стивен Хокинг

Теория всего

Перевод оригинального издания:

The Theory of Everything

Печатается с разрешения Waterside Productions Inc и литературного агентства «Синопсис».

© Phoenix Books and Audio, 2006

© ООО «Издательство АСТ», 2017 (перевод на русский язык)

Введение

В этой серии лекций я постараюсь в общих чертах рассказать о наших представлениях об истории Вселенной от Большого взрыва до образования черных дыр. Первая лекция посвящена краткому обзору идей о строении Вселенной, которых придерживались в прошлом, и рассказу о том, как была построена современная картина мира. Эту часть можно назвать историей развития представлений об истории Вселенной.

Во второй лекции я опишу, как теории гравитации Ньютона и Эйнштейна привели к пониманию того, что Вселенная не может быть неизменной – она должна либо расширяться, либо сжиматься. Из этого, в свою очередь, следует вывод, что в какое-то время в интервале от 10 до 20 млрд лет назад плотность Вселенной была бесконечной. Эта точка на оси времени называется Большим взрывом. По-видимому, этот момент и был началом существования Вселенной.

В третьей лекции я расскажу о черных дырах. Они образуются, когда массивная звезда или более крупное космическое тело коллапсирует под действием собственной гравитации. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, каждый, кто окажется достаточно глуп, чтобы угодить в черную дыру, останется там навсегда. Никто не сможет оттуда выбраться. В сингулярности истории существования любого объекта приходит конец. Однако общая теория относительности – это теория классическая, то есть в ней не учитывается квантовомеханический принцип неопределенности.

В четвертой лекции я объясню, как квантовая механика позволяет энергии ускользать из черной дыры. Черные дыры не так уж черны, «как их малюют».

В пятой лекции я расскажу о применении идей квантовой механики к решению вопросов, связанных с Большим взрывом и происхождением Вселенной. Это подведет нас к пониманию того, что пространство-время может быть конечным, но не иметь границы или края. Это напоминает поверхность Земли, но с добавлением еще двух измерений.

В шестой лекции я покажу, как на основе этого нового предположения о границе можно объяснить, почему прошлое так сильно отличается от будущего, хотя законы физики симметричны относительно времени.

Наконец, в седьмой лекции я расскажу о попытках сформулировать единую теорию, охватывающую квантовую механику, гравитацию и все остальные физические взаимодействия. Если нам это удастся, мы действительно сможем понять Вселенную и свое место в ней.

Лекция первая

Представления о Вселенной

Еще в 340 г. до н. э. Аристотель в своем трактате «О небе» сформулировал два веских довода в пользу того, что Земля имеет форму шара, а не является плоской, как тарелка. Во-первых, он понял, что лунные затмения вызваны прохождением Земли между Солнцем и Луной. Тень Земли на Луне – всегда круглая, а это возможно, только если Земля имеет сферическую форму. Если бы Земля представляла собой плоский диск, тень была бы вытянутой и имела бы форму эллипса, за исключением тех случаев, когда в момент затмения Солнце находится точно над центром диска.

Во-вторых, из опыта своих путешествий греки знали, что в южных районах Полярная звезда находится ниже над горизонтом, чем в более северных. Опираясь на разницу видимых положений Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель даже приводит оценку длины окружности Земли – 400 тыс. стадиев. Чему равен один стадий – точно не известно (возможно, около 180 метров). Тогда оценка Аристотеля почти в два раза превосходит значение, принятое в настоящее время.

У древних греков был еще и третий аргумент в пользу того, что Земля должна иметь форму шара: иначе почему на горизонте сначала появляются паруса приближающегося корабля и только потом становится виден его корпус? Аристотель думал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды движутся по круговым орбитам вокруг нее. Он так считал, поскольку в силу мистических соображений был убежден, что Земля – центр Вселенной, а круговое движение – самое совершенное.

Аристотель считал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды движутся по круговым орбитам вокруг нее.

В I веке н. э. эта идея была развита Птолемеем в целостную космологическую модель. Земля располагается в центре, ее окружают восемь сфер, несущих на себе Луну, Солнце, звезды и пять планет, известных в то время: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Планеты движутся по окружностям меньших радиусов, которые связаны с соответствующими сферами. Это требовалось, чтобы объяснить их достаточно сложные наблюдаемые траектории движения по небу. На внешней сфере расположены так называемые неподвижные звезды, которые сохраняют свои положения относительно друг друга, но все вместе совершают круговое движение по небу. Что находится за пределами внешней сферы – оставалось неясным, но эта часть Вселенной, несомненно, была недоступна для наблюдений.

Модель Птолемея давала возможность достаточно точно предсказывать положения небесных тел на небе. Но для этого Птолемею пришлось допустить, что иногда Луна подходит вдвое ближе к Земле, чем в другие моменты своего движения по предсказанной траектории. Это означало, что периодически Луна должна казаться вдвое больше обычного. Птолемей знал об этом недостатке, но, несмотря на это, его модель была принята большинством, хотя и не всеми. Она получила одобрение христианской церкви, как картина мира, согласующаяся со Священным писанием. Ведь эта модель обладала огромным преимуществом, поскольку оставляла за сферой неподвижных звезд достаточно места для рая и ада.

Старинный рисунок, на котором изображены разные космологические модели, объяснявшие движение планет. На центральной схеме представлена гелиоцентрическая (в центре находится Солнце) модель движения шести известных в то время планет, их спутников и других небесных тел, обращающихся вокруг Солнца. Со второго века доминирующей моделью стала геоцентрическая (в центре находится Земля) система Птолемея (вверху слева). На смену ей пришла гелиоцентрическая система Коперника, опубликованная в 1543 г. (внизу справа). В египетской модели (внизу слева) и модели Тихо Браге (вверху справа) предпринимались попытки сохранить представление о неподвижной Земле как центре Вселенной. Подробные сведения об орбитах планет приведены слева и справа.

Из «Иллюстрированного атласа» Иоганна Георга Хека, 1860 г.

Однако в 1514 г. польский священник Николай Коперник предложил гораздо более простую модель. Сначала, опасаясь обвинений в ереси, он опубликовал свою модель анонимно. Он считал, что в центре находится неподвижное Солнце, а Земля и планеты движутся вокруг него по круговым орбитам. К несчастью для Коперника, прошло почти сто лет, прежде чем его идеи были приняты всерьез. Тогда два астронома – немец Иоганн Кеплер и итальянец Галилео Галилей – публично выступили в поддержку теории Коперника несмотря на то, что орбиты, предсказанные на основе этой теории, несколько отличались от наблюдаемых. Конец господству теории Аристотеля-Птолемея был положен в 1609 г., когда Галилео Галилей начал изучать ночное небо с помощью недавно изобретенного телескопа.

В 1609 г. Галилео Галилей начал изучать ночное небо с помощью недавно изобретенного телескопа.

Наблюдая Юпитер, Галилей заметил, что планету сопровождают несколько небольших спутников (лун), которые обращаются вокруг нее. Это означало, что не все небесные тела должны обращаться вокруг Земли, как думали Аристотель и Птолемей. Конечно, по-прежнему можно было считать, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной, а спутники Юпитера движутся по крайне сложным траекториям вокруг Земли, так что создается видимость их обращения вокруг Юпитера. Однако теория Коперника была гораздо проще.

В это же время Кеплер развил теорию Коперника, предположив, что планеты движутся не по круговым орбитам, а по эллиптическим. Теперь предсказания теории окончательно совпали с наблюдениями. Что касается Кеплера, эллиптические орбиты были лишь искусственной гипотезой, причем весьма досадной, поскольку эллипс считался менее совершенной фигурой, чем круг. Обнаружив (почти случайно), что эллиптические орбиты хорошо соответствуют наблюдениям, он не мог согласовать это со своей идеей о том, что планеты обращаются вокруг Солнца под действием магнитных сил.

Объяснение было найдено гораздо позднее, в 1687 г., когда Ньютон опубликовал свой труд «Математические начала натуральной философии» . Это, возможно, самый важный из когда-либо опубликованных трудов по физике. В нем Ньютон не только предложил теорию движения тел в пространстве и времени, но также разработал математический аппарат для анализа этого движения. Кроме того, он сформулировал закон всемирного тяготения. Этот закон гласит, что все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой, которая тем больше, чем больше массы тел и чем ближе друг к другу они расположены. Это та же сила, которая заставляет объекты падать на землю. История с упавшим на Ньютона яблоком почти наверняка является вымышленной. Сам Ньютон упоминал лишь о том, что идея гравитации пришла ему в голову, когда он пребывал в созерцательном настроении и заметил падение яблока.