Факты из жизни и научный вклад популяризатора науки Стивена Хокинга

Умер Стивен Хокинг последний великий мечтатель. Британский физик – теоретик скончался в среду 14 марта в возрасте 76 лет. Ученый большую часть жизни провел в инвалидном кресле. Широко известный как популяризатор науки в последнее годы уделял внимание таким проблемам человечества как: глобальное потепление, состояние окружающей среды и социальное неравенство.

Что Хокинг вписал в учебники по физике.

Хокинг известен большинству своими научно-популярными книгами («Краткая история времени», «Вселенная в ореховой скорлупе»), однако, в первую очередь он был выдающимся физиком-теоретиком. Как говорил сам Хокинг: «Я надеюсь, меня запомнят за работы по физике черных дыр и происхождению Вселенной, а не за то, что я появился в Симпсонах». Вот те научные результаты, благодаря которым имя Стивена Хокинга навсегда останется в учебниках физики.

В 24 года Хокинг защитил докторскую по теме «Свойства расширяющихся вселенных» (Properties of expanding universes), указав на то, что наша Вселенная могла возникнуть из сингулярности — области пространства, плотность материи в которой бесконечна. В последующие десятилетия Хокинг написал еще ряд прорывных работ совместно с такими именитыми физиками как Роджер Пенроуз и Эндрю Строминджер. Они посвящены в основном двум темам: квантовой физике и термодинамике вблизи черных дыр, и эволюции Вселенной и различных ее частей в рамках общей теории относительности.

Неизбежная сингулярность

Когда Хокинг учился в аспирантуре Кембриджа, существовало две основных теории развития Вселенной: теория Большого Взрыва и теория Стационарной Вселенной. С первой из них мы хорошо знакомы, вторая предполагает, что по мере расширения между галактиками создается новая материя и плотность Вселенной остается в среднем постоянной во времени. Примерно в то же время Роджер Пенроуз математически показал, что при коллапсе массивных звезд образуются сингулярности — позже их начали называть черными дырами.

Хокинг применил разработанные Пенроузом математические методы (развернув их во времени) для того, чтобы показать, что в начале расширяющейся Вселенной обязательно должна быть сингулярность — такая же, как и в черных дырах. Получалось, что если взять за основу различные расширяющиеся вселенные, то Большой Взрыв оказывался их универсальным свойством. Позднее Стивен Хокинг разработал более сложный математический аппарат, чтобы показать, что сингулярности типа «больших взрывов» возникают в широком круге явлений, описываемых ОТО. Вместе Пенроуз и Хокинг создали целый набор теорем о сингулярности, который сейчас носит их имя.

Эти теоремы указали на существенные ограничения общей теории относительности. Сингулярности возникали при коллапсе звезд, рядом со сверхмассивными объектами, при Большом взрыве.

Утечка из черных дыр

Затем Стивен Хокинг обратил внимание на сами свойства черных дыр. Вместе с Джеймсом Бардином (сыном Джона Бардина, соавтора знаменитого механизма сверхпроводимости БКШ (Теория Бардина, Купера, Шриффера) и первооткрывателя полупроводникового диода) ученый обнаружил любопытные взаимосвязи между классической термодинамикой и физикой этих сверхплотных объектов. Так, площадь поверхности черных дыр оказалась аналогичной энтропии, а ускорение свободного падения — аналогом температуры. Выходило, что «аналог» температуры черных дыр был не нулевым, что несколько противоречило здравому смыслу.

Один из самых известных своих результатов Хокинг получил позднее — исследуя квантовые эффекты вблизи черных дыр. В 1974 году физик опубликовал статью в журнале Nature, озаглавленную «Черные дыры взрываются?». Она посвящена тому, что любая черная дыра — вращающаяся или неподвижная — испускает некоторое тепловое излучение. Этот результат парадоксален — главная особенность черных дыр состоит в том, что даже свет не может покинуть их горизонт событий (он испытывает бесконечное красное смещение). А значит, с точки зрения классической физики, черная дыра должна поглощать материю, и ничего не испускать. Стивен Хокинг показал, что с позиции квантовой теории поля ситуация радикально меняется. Огромная гравитация вблизи горизонта событий меняет свойства вакуума, и в нем рождаются пары частиц, способных покинуть черную дыру.

Как оказалось, температура этого излучения напрямую зависит лишь от размеров черной дыры: чем больше дыра, тем меньше температура. Например, для черной дыры с массой Солнца она составляет десятимиллионные доли кельвина. Вспомнив о том, что излучение, как и всякая энергия, можно перевести в массу окажется, что у черных дыр ограничено время жизни. И если в ранней Вселенной появлялись черные дыры с массой до 1015 грамм, то к сегодняшнему дню они бы полностью испарились. Кстати, в последние мгновения жизни черные дыры должны становиться чрезвычайно горячими и за последние 0,1 секунды они будут выделять то же количество энергии, что и миллион мегатонных бомб.

Годом позже физик сформулировал так называемый информационный парадокс, связанный с излучением черных дыр. Дело в том, что тепловой характер излучения совершенно не зависит от того, из чего состоит черная дыра. С точки зрения квантовой теории такая принципиальная невозможность восстановить информацию — очень плохая ситуация, в которой наука начинает терять предсказательную силу.

Особенности инфляции

Дальнейший интерес Стивена Хокинга относился к квантовой гравитации и к космологическим теориям и, в частности, к инфляционной модели Вселенной. Она описывает состояние в первые мгновения после Большого Взрыва — считается, что в это время расширение Вселенной было гораздо быстрее современного. Одна из его работ связана с образованием неоднородностей во Вселенной на инфляционной стадии. Второй цикл работ Стивена Хокинга по этой теме — про возможности старта инфляционной Вселенной, откуда, как могла появиться инфляционная Вселенная.

Стивен Хокинг активно продолжал свою научную деятельность несмотря на прогрессировавшую болезнь. Так, за 2017 год вышла одна статья и еще два препринта научных работ в соавторстве с физиком. Они посвящены исследованию состояний на границе черных дыр, и, отчасти, информационному парадоксу и инфляционной теории. Всего же за всю свою жизнь физик опубликовал свыше 200 статей, многие из которых цитировались тысячи раз. Возможно Стивен Хокинг смог приблизиться к своей цели — «понимать Вселенную, почему она устроена так, как устроена, и зачем мы здесь».

Факты из жизни Стивена Хокинга.

  1. Стивен Хокинг родился 8 января 1942 года в Оксфорде, Великобритания, куда его родители во время второй мировой войны переехали из Лондона. Отец будущего физика был медиком, а мать экономистом. Они оба окончили Оксфордский университет. Хокинг пошёл по их стопам, в 1962 году окончив обучение на физическом факультете того же вуза. После чего продолжил образование в Кембриджском университете, где в 1966 году получил докторскую степень.
  2. Когда ему было 9 лет его оценки входили в число худших в классе, немного поднажав Хокинг поднял баллы до средних, но не выше. Несмотря на плохие оценки, сверстники и учителя догадывались, что среди них подрастает гений, о чем свидетельствует прозвище Хокинга, которым его называли в школе – Эйнштейн.
  3. Большинство людей, которые мало что знают о С. Хокинге думают, что он родился парализованным. На самом деле в юности он был очень активным. Занимался спортом и до 20 лет в этом не сталкивался не с какими затруднениями. В Оксфорде он даже входил в команду по гребле.

В 21 год у него диагностировали боковой амиотрофический склероз, и врачи отпустили ему не больше трех лет жизни. Однако Хокинг прожил 76 лет.

  1. Хокинг был женат два раза. В 1965 году ученый женился на студентке лингвистического факультета Кембриджского университета Джейн Уайлд. У супругов родилось два сына — Роберт (в 1967-м) и Тимоти (в 1979-м), а также дочь Люси (в 1970-м). После более 20 лет совместной жизни пара распалась. Второй раз Хокинг женился в 1995 году. Его супругой стала сиделка Элайн Мэйсон, с которой ученый расстался в 2006 году.
  2. В 1985 году С. Хокинг тяжело заболел. У него было воспаление легких и пришлось делать трахеотомию, после чего он утратил способность говорить, пришлось нанять круглосуточную сиделку, которая потом стала его второй женой. Не имея больше способности говорить, Хокинг придумал общаться с помощью мимики, потом друзья подарили ему эквалайзер – синтезатор речи, датчик у которого реагировал на движение указательного пальца на правой руке Хокинга. Когда палец перестал двигаться, датчик закрепили напротив мимической мышцы щеки.
  3. Хокинг занимал должность, которую когда-то занимал Исаак Ньютон (1643-1727). Ньютона по праву называют отцом физики и величайшим ученым своего времени, сделавшим огромный вклад в науку. Сэр Исаак Ньютон занимал почетную должность Лукасовского профессора математики в Кембридже. Он был вторым человеком, кого выбрали на эту должность. С. Хокинг так же занимал этот пост, на который он вступил в 67 лет.
  4. В отличие от сэра Ньютона, который верил в бога и занимался изучением теологии, Хокинг атеист и сторонник теории большого взрыва, противоречащей религиозным убеждениям. На космологической конференции в Ватикане 1981 году Хокинг и папа Иоанн Павел ІІ (1920-2005) имели краткую беседу, во время которой папа высказал свое неодобрение тем как Хокинг подходит к вопросу о зарождении Вселенной, но его это мнение не волновало.
  5. В 2007 году физик побывал в невесомости, совершив полет на специально оборудованном летательном аппарате.
  6. В 2015 году была учреждена медаль имени профессора С. Хокинга, которая будет вручаться ежегодно за популяризацию науки.
  7. Стивен Хокинг не только знаменитый ученый, но и медиаперсона. Он часто появляется в различных ТВ-шоу в основном научной направленности и даже в фильмах. В июне 2016 года С. Хокинг дал интервью в программе телеведущего Лари Кинга «Larry King How». Британский ученый поделился своими взглядами на устройство мироздания и на работы по создания искусственного интеллекта, а также ответил на вопрос о самой главной угрозе человечеству. Тогда он сообщил, что с момента их последнего разговора с Кингом, который состоялся в 2010 году, в мире усугубились две проблемы: перенаселение и загрязнение окружающей среды. Хокинг признался, что чаще всего задается вопросом «Почему существует вселенная? И почему законы вселенной такие какие они есть?»
  8. Хотя мы привыкли считать, что инопланетяне это миф С. Хокинг утверждает, что есть ненулевая вероятность существования развитой инопланетной цивилизации где-то во вселенной. Он так же выражал обеспокоенность тем, что однажды эти продвинутые инопланетяне все-таки прилетят на землю и, возможно, сотрут человеческую расу с ее лица.
  9. Несмотря на то что Хокингу присудили как минимум 12 почетных степеней до сих пор он так и не получил нобелевскую премию.

Источники:

  1. Хокинг, Стивен — статья в Лентапедии. 2012 год.
  2. Александр Волков. Миры Стивена Хоукинга. Знание-сила. Архивировано 15 апреля 2009 года.
  3. Степановский Ю. П. Стивен Хокинг – Ньютон XX века?.
  4. Колчинский И.Г., Корсунь А.А., Родригес М.Г. Хокинг Стивен Уильям // Астрономы: Биографический справочник. — 2-е изд., перераб. и доп.. — Киев: Наукова думка, 1986. — 512 с.
  5. Stephen W. Hawking (British physicist). Архивировано 21 марта 2013 года.
  6. Dictionary of scientists. Oxford, Oxford University Press, 1993, 2-nd edition 1999
  7. Хуберт Мания. Стивен Хокинг, главы из книги. Архивировано 6 июля 2013 года.
  8. Kitty Ferguson. Stephen Hawking: His Life and Work. — Transworld, 2011. — ISBN 978-1-4481-1047-6.
  9. J. O’Connor, E.F. Robertson. Hawking biography. School of Mathematics and Statistics. University of St Andrews, Scotland. Архивировано 12 апреля 2014 года.
  10. Kristine Larsen. Stephen Hawking: A Biography. — Greenwood biographies, 2005. — ISBN 0313323925, ISBN 9780313323928.
  11. Michael White, John Gribbin. Stephen Hawking: A Life in Science. — National Academies Press, 2002. — ISBN 978-0-309-08410-9.
  12. Джейн Хокинг. Быть Хокингом. — Эксмо, 2015. — (Civiliзация). — ISBN 978-5-699-79131-6.

Изображение для заголовка

© Шаховская Ольга Владимировна, м.н.с. КВ