23 юли 2018
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Кратка история на Стивън Хокинг (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 14 март 2018 в 12:1967380
Снимка: NASA

Стивън Хокинг, световноизвестният теоретичен физик, умира на 76-годишна възраст.

Хокинг е най-разпознаваемият учен от нашата епоха и притежава статут на научна икона.

Неговата книга "Кратка история на времето" е продадена повече от 10 милиона копия от публикуването й през 1988 г. и е преведена на повече от 35 езика.

Той се появи в "Стар Трек: Следващото поколение", "Симпсън" и "Теорията за големия взрив". Редовно е интервюиран за прогнози за всичко, от пътуването във времето и извънземен живот до политиката в Близкия изток и лошите роботи, Той имаше приятно чувство за хумор и смелост - човешки черти, които в съчетание със свръхчовешкия му ум направиха Хокинг изключително популярен.

Но неговият културен статут - засилен от неговото увреждане и медийната буря, която предизвика - често засенчват научното му наследство. Това е недостойно за човека, който е открил това, което може да се окаже основна идея за Теорията на всичко, най-авангардната част от нашето разбиране за пространството и времето, който формира тенденциите на физиката през последните четири десетилетия и чийто прозрения продължават да движат напредъка в съвременната фундаментална физика.

Всичко започва с Големия взрив

Изследователската кариера на Хокинг започна с разочарование. Пристигайки в Университета в Кеймбридж през 1962 г., за да започне своята докторантура, му е казано, че Фред Хойл, избраният от него за ментор, вече има пълен комплект студенти. Най-известният британски астрофизик по онова време, Хойл, е магнит за по-амбициозните студенти. Хокинг не прави изключение. Но той трябва да работи с Денис Саяма (Dennis Sciama), физик, за който Хокинг не знае нищо. През същата година Хокинг е диагностициран с амиотрофична латерална склероза, дегенеративна моторно-неврологична болест, която бързо отнема възможността на хората да сами да движат мускулите си. Казано му е, че има само още две години живот.

Въпреки че тялото на Хокинг отслабва, умът му остава остър. Две години докторантът има проблеми с ходенето и говоренето, но става ясно, че болестта напредва по-бавно, отколкото първоначално се опасяваха лекарите. Междувременно сватбата му с Джейн Уайлд, с която по-късно има две деца, Робърт и Луси, подновява желанието му да напредне в областта на физиката.

Стивън и Луси Хокинг

Работата с Саяма има своите предимства. Славата на Хойл означаваше, че е рядко в катедрата, докато Саяма е наоколо и е готов да говори. Тези дискусии стимулират младия Хокинг да преследва своя собствен научен възглед. Хойл се противопоставя силно на Теорията за Големия взрив (всъщност бе измислил името "голям взрив", за да се подиграе на теорията). От друга страна, Сияма подкрепя Хокинг да изследва началото на времето.

Стрелата на времето

Хокинг изследва работата на Роджър Пенроуз, която доказва, че ако Общата теория за относителността на Айнщайн е вярна, в сърцето на всяка черна дупка трябва да има точка, в която пространството и времето се разпадат - сингулярност. Хокинг осъзнава, че ако стрелката на времето бъде обърната, същата аргументация ще се отнася и за Вселената като цяло. Насърчаван от Сияма той изучава математика и успява да го докаже: Вселената според Общата теория на относителността започна със сингулярност.

Хокинг е напълно наясно, че Айнщайн няма последната дума. Общата теория на относителността, която описва пространството и времето в голям мащаб, не отчита квантовата механика, която описва странното поведение на материята в много малки мащаби. Необходима е непозната "Теория за всичко", за да се обединят двете. За Хокинг, сингулярността на произхода на Вселената не бе сигнал за разпадането на пространството и времето - а сигнал за необходимостта от квантова гравитация.

Връзката, която оформя Хокинг между сингулярността на Пенроуз и сингулярността на Големия взрив, предоставя ключова представа за намирането на такава теория. Ако физиците искат да разберат произхода на Вселената, Хокинг им показа точно къде да гледат - в черните дупки.

Черните дупки са обект, вече узрял за изследване в началото на 70-те години. Макар Карл Шварцшилд да е открил през 1915 г., че тези обекти се крият в уравненията на Общата теория за относителността, теоретиците ги възприемат като обикновени математически аномалии и не са склонни да вярват, че наистина могат да съществуват.

Макар и страховити, действието им е сравнително ясно - черните дупки имат толкова силни гравитационни полета, че нищо, дори и светлината, не може да избяга от привличането им. Всяка материя, попаднала веднъж в тях, завинаги е изгубена за външния свят. Това обаче е кинжал в сърцето на термодинамиката.

Заплаха за термодинамиката

Вторият закон на термодинамиката е един от най-добре установени законите на природата. Той казва, че ентропията или нивото на хаотичност в системата винаги се увеличава. Вторият закон обяснява наблюдението, че ледът ще се стопи в локва, но локвата никога няма да се превърне спонтанно в лед. Цялата материя съдържа ентропия, така че какво се случва, когато попадне в черна дупка? Ентропията се губи заедно с нея? Ако е така, общата ентропия на Вселената пада и черни дупки биха нарушили втория закон на термодинамиката.

Хокинг си мисли, че това е добре. Той е щастлив да отхвърли всяка концепция, която стои на пътя към една по-дълбока истина. И ако това означава да се детронира втория закон, то нека така да бъде.

Бекенщайн и пробивът

Хокинг обаче среща през 1972 г. във Франция физика от Принстънския университет Джейкъб Бекенщайн (Jacob Bekenstein), който смята, че вторият закон за термодинамиката може да се приложи и за черните дупки. Бекенщайн изследва проблема с ентропията и стига до възможно решение благодарение на по-ранно прозрение на Хокинг.

Черната дупка скрива своята сингулярност с граница, позната като хоризонт на събитията. Нищо, което пресече хоризонта на събитията, не може да се върне обратно. Работата на Хокинг показва, че площта на хоризонта на събитията на черната дупка никога не намалява с течение на времето. Нещо повече, когато материята попада в черна дупка, площта на хоризонта на събитията расте.

Бекенщайн осъзнава, че това е ключът към проблема с ентропията. Всеки път, когато черната дупка поглъща материя, нейната ентропия изглежда се губи и в същото време нейният хоризонт на събитията да расте. И така, Бекенщайн предполага, какво ще стане, ако - за да се запази вторият закон - площта на хоризонта сама по себе си е мярка за ентропията?

Хокинг не харесва идеята и се ядосва, че собствената му работа е използвана в подкрепа на такава погрешна концепция. С ентропията се отделя топлина, но една черна дупка не може да излъчва топлина - нищо не може да избяга от гравитацията. 

Връщайки се обратно в Кеймбридж, Хокинг се заема да докаже, че Бекенщайн е греши. Вместо това той открива точната формула на математическата връзка между ентропията и хоризонта на черната дупка. Вместо да унищожи идеята, той я потвърждава. Това е най-големият пробив на Хокинг.

Лъчението на Хокинг

Хокинг приема идеята, че термодинамиката играе роля в черните дупки. Всичко, което има ентропия, разсъждава той, има и температура - и всичко, което има температура, може да излъчва.

Грешката, която е допуснал в началото, осъзнава Хокинг, е само в тълкуването на Общата теория на относителността, според която нищо - нито частици, нито топлина - не може да избяга от привли9чането на черната дупка. Това се променя, когато се намеси квантовата механика. Според квантовата механика кратковременни двойки частица и античастица постоянно се появяват от празното пространство, само за да се унищожат взаимно и да изчезнат мигновено. Когато това се случва в близост до хоризонта на събитията, двойката частица и античастица може да бъде разделена - едната пропада зад хоризонта, докато другата се измъква, оставайки завинаги сама, без да се срещне в двойника си и да се унищожи. Освободените частици излизат от ръба на черната дупка като лъчение.

Квантовата неопределеност става неопределеност на топлината.

"Мисля, че повечето физици биха се съгласили, че най-големият принос на Хокинг е прогнозата, че черните дупки излъчват радиация", казва Шон Карол (Sean Carroll), теоретичен физик в Калифорнийския технологичен институт. - Макар все още да нямаме експериментално потвърждение, почти всеки експерт смята, че прогнозата на Хокинг е вярна.

Експериментите за проверка на прогнозата на Хокинг са толкова трудни, защото колкото е по-масивна една черна дупка, толкова по-ниска е нейната температура. Големите черни дупки, които астрономите могат да проучват с телескопите си,  температурата на лъчението е твърде незначителна, за да се измери. Както самият Хокинг често отбелязва, поради тази причина никога не му е присъждана Нобелова награда. И все пак предсказанието бе достатъчно, за да му осигури важно място в аналите на науката, а квантовите частици, които се изсипват от ръба на черната дупка, завинаги ще останат като лъчение на Хокинг.

"Ентропията на една черна дупка се нарича ентропия на Бекенщайн-Хокинг, което според мен е добре. Написах го пръв, а Хокинг намери цифровата стойност на константата, така че заедно намерихме формулата, която се използва днес. Лъчението наистина бе работа на Хокинг. Нямах представа как може да излъчва черна дупка. Хокинг го изведе много ясно. Така че трябва да се нарича лъчение на Хокинг" - коментира Бекенщайн.

Теория на всичко

Уравнението за ентропията на Бекенщайн-Хокинг е това, което Хокинг иска да се гравира върху надгробния му камък. Това представя максимална комбинация от физически дисциплини, защото съдържа константата на Нютон, която се отнася до гравитацията, константата на Планк, с която се проявява квантовата механика, скоростта на светлината, символът на относителността на Айнщайн и константата на Болцман от термодинамиката.

Наличието на тези разнообразни константи намеква за Теорията за всичко, в която се обединява цялата физика. И това категорично потвърждава мисълта на Хокинг, че разбирането на черни дупки ще бъде от ключово значение за разкриването на тази по-дълбока теория.

Пробивът на Хокинг може да е разрешил проблема с ентропията, но това предизвика още по-труден проблем. Ако черните дупки могат да излъчват, те в крайна сметка ще се изпарят и изчезнат. И така, какво се случва с цялата информация, която пада? Също ли изчезва? Ако е така, това ще наруши централната теза на квантовата механика. От друга страна, ако избяга от черната дупка, това ще наруши теорията на Айнщайн. С откриването на лъчението от черните дупки, Хокинг изправя крайните закони на физиката един срещу друг. И така се ражда парадокса на окинг за загубата на информация в черна дупка.

Хокинг излага позицията си в друга интелигентна и още по-спорна статия, озаглавена "Разбивка на предсказуемостта при гравитационен колапс", публикувана в Physical Review D през 1976 г. Той твърди, че когато черната дупка излъчва своята маса, тя използва цялата си информация, въпреки че квантовата механика изрично забранява загубата на информация. Скоро другите физици застават за или против тази идея, в дебат, който продължава и до днес. Всъщност, мнозина смятат, че загубата на информация е най-належащата пречка за разбирането на квантовата гравитация.

"Аргументът на Хокинг от 1976 г., че черните дупки губят информация, е великолепно постижение, може би едно от най-важните открития в теоретичната физика", отбелязва Рафаел Бусо (Raphael Bousso) от Калифорнийския университет Бъркли.

Отстъпление

До края на 90-те години повечето теоретични физици са убедени, че Хокинг греши за загубата на информация, но Хокинг е известен с упоритостта си. Едва през 2004 г. той променя мнението си. И той го прави драматично на конференция в Дъблин, където обявява своя актуален възглед: черни дупки не могат да загубят информация.

Днес обаче нов парадокс, известен като защитна стена, подлага всичко на съмнение. Ясно е, че въпросът, повдигнат от Хокинг, е в основата на пътя към квантовата гравитация.

"Радиацията от черна дупка повдига сериозни загадки, върху които все още работим и са много трудни за разбиране", казва Карол. "Справедливо е да кажем, че радиацията на Хокинг е най-голямата следа, която имаме за съчетаването на квантовата механика и гравитацията, може би най-голямото предизвикателство пред теоретичната физика днес".

Стивън Хокинг - суперстар

Снимка: НАСА

Междувременно публикуването на "Кратка история на времето" изстрелва Хокинг във фокуса на общественото внимание и дава ново лице на теоретичната физика. Той няма да има нищо против.

Тази популярност несъмнено прави живота му по-лек. Тъй като болестта на Хокинг напредва, технолозите с радост му предоставят все по-сложни машинки, които му позволяват да комуникира. Това, от своя страна, му помага да прави това, за което в крайна сметка трябва да бъде запомнен - неговата наука.

"Стивън Хокинг направи повече за напредъка на нашето разбиране за гравитацията от когото и да било след Айнщайн", заяви Карол. "Той бе водещ световен теоретичен физик, очевидно най-добрият в света за времето си сред онези, които работеха в пресечната точка на гравитацията и квантовата механика, и той направи всичко това след ужасното заболяване. Той е вдъхновяващ човек и историята със сигурност ще го помни по този начин".

"Галактическата песен", позната на мнозина от култовия забавен филм на Тери Гилиъм "Смисълът на живота според Монти Пайтън", в изпълнение на Стивън Хокинг


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Физика
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.