Kāpēc Stefanam Hokingam joprojām ir nozīme viņa 76. dzimšanas dienā

Pin
Send
Share
Send

Stīvens Havings, fiziķis, kurš pārtvēra Visumu un nokrejināja pastiprinātas daļiņas no karsto melno caurumu robežreģioniem, šodien aprit 76 gadu vecumā.

Papildus tam, ka Hokings ir pasaulē atzīts kosmologs, viņš ir kļuvis arī par popkultūras ikonu. Viņš ir pārsteidzošs skaitlis: ģēnijs, kas salocīts ķermenī, kuru lielā mērā imobilizē amyotrophic laterālā skleroze jeb ALS. Viņu atbalsta uzlabots ratiņkrēsls, un viņš sazinās ar pasauli, izmantojot retu un specializētu sistēmu, kas pārveido viena vaiga viena muskuļa kustības runā. Šajā režīmā viņš parādījās filmās "Star Trek: The Next Generation", "The Simpsons" un "The Big Bang Theory".

Bet Hokinga ilgstošākais mantojums būs kā vissvarīgākais 20. gadsimta otrās puses fiziķis - pētnieks, kurš pārņēma iepriekšējos figūru darbus, piemēram, Albertu Einšteinu un Verneru Heisenbergu, un apvienoja tos kopā, lai tuvotos saskaņotam skaidrojumam par kosmoss.

"Mūsu pagātnē ir atšķirība"

Neviena laba ģēnija stāsts nesākas ar kaut ko mazāk kā sprādzienu, tāpēc ir pareizi, ka Hokinga pirmais lielais sasniegums bija arī viņa doktora darbs Kembridžas universitātē.

Hokinga disertācija, kas tika apstiprināta 1966. gadā, izteica dramatisku argumentu: tas, ka viss Visums sākās kā viens punkts, bezgala mazs un blīvs, un saliekts uz sevi - punkts visa sākumā. Vai arī, kā viņš vēlāk rakstīs, kodolīgi: "Mūsu pagātnē pastāv savdabība."

Tas bija pirmais Lielā sprādziena pirmais apraksts, kā tas šodien ir vispārzināms: bezgalīgi mazs punkts tālajos attālumos, kas iekļūst mūsu modernajā, arvien paplašinošajā kosmosā.

Kā Hawking aprakstīja savā 2005. gada lekcijā "Visuma izcelsme", viņa disertācija nonāca brīdī, kad zinātnieki bija redzējuši, ka plašās tukšās kosmosa robežas, plaisas starp galaktikām, paplašinās. Bet viņi nebija pārliecināti, kāpēc. Daži fiziķi ierosināja vājākās Lielā sprādziena koncepcijas versijas, atskaitot singularitāti. Bet dominēja cita teorija, ko sauca par līdzsvara stāvokļa universu.

"Kad galaktikas atdalījās viens no otra," Hokings sacīja par līdzsvara stāvokļa Visumu, "ideja bija tāda, ka jaunas galaktikas veidosies no matērijas, kuru vajadzēja nepārtraukti radīt visā kosmosā. Visums būtu pastāvējis mūžīgi un būtu izskatījies tāds pats. visu laiku. "

Citiem vārdiem sakot, daudzi zinātnieki domāja, ka Visums paplašinās, bet tādā veidā, kas tam nesniedza sākumu un beigas.

Kā biogrāfs Kīts Fergusons rakstīja savā grāmatā “Stefans Hokings: netraucēts prāts” (Sentmārtina Grifins, 2012), Hokings cīnījās ar depresiju mēnešos pēc 1963. gada ALS diagnozes noteikšanas 21 gada vecumā un, ja šī garīgā slimība turpinājās, viņš varētu nekad nav ieradies pie viņa disertācijas. Bet viņa depresija mazinājās, jo kļuva skaidrs, ka viņš pārspēj cerības un kad viņam tika piešķirts izņēmums no Kembridžas noteikumiem, kas reglamentē maģistrantūras studentus, ļaujot viņam apprecēties ar savu pirmo sievu Džeinu Vaildu, saskaņā ar Fergusonu.

Šajā laika posmā pirms viņš ieradās pie promocijas darba tēmas, Hokings ziņoja, ka jūtas neapmierināts ar to, kā pētnieki ķērās pie darba, kuru viņš uzskatīja par galēji triviālu.

"Cilvēki bija tik priecīgi atrast jebkādu lauku vienādojumu risinājumu; viņi nejautāja, kāda tam ir fiziskā nozīme, ja tāda ir," viņš vēlāk teica savā 2002. gada dzimšanas dienas lekcijā.

Šī vilšanās noveda viņu pie pirmās birstes ar bēdīgu slavu. Kā Fergusons stāstīja, Hokings devās ceļojumā 1964. gada jūnijā, lai noklausītos slavenā astronoma un Steady State Universe teorijas aizstāvja Fred Hoyle lekciju. Lekcijas laikā Hokings kļuva tik neapmierināts, ka noliecās sev līdz kājām, noliecoties uz cukurniedres, lai apstrīdētu kādu no Hailijas rezultātiem.

"Pārsteigts Hoils vaicāja Hokingam, kā viņš, iespējams, varēja spriest, vai rezultāts bija pareizs vai nepareizs," rakstīja Fergusons. "Hokings atbildēja, ka viņš to ir" izstrādājis "."

Klausītāji bija iespaidoti, un Hoils bija "uzbudināts" no šī nezināmā absolventa, kurš, šķiet, lekcijas laikā noplēsa profesora pētījumus galvā, rakstīja Fergusons. (Faktiski Hokings bija sadraudzējies ar kādu no Hailijas studentiem un jau ilgi pirms lekcijas sāka uzbrukt šai idejai.)

Drīz pēc tam, kad Fergusons rakstīja, Hokings uzzināja par matemātiķa Rodžersa Penrozes izstrādāto kosmoloģisko teoriju: ka singularitātes, bezgalīgā blīvuma un vispārējā relativitātes teorētiskā telpas-laika izliekuma punkti faktiski varētu parādīties, kad uz sevi sabrūk pietiekami lielas zvaigznes.

"Hokings no turienes pacēlās," rakstīja Fergusons, "mainīja laika virzienu un apsvēra, kas notiktu, ja ārēja un paplašināta telpas-laika bezgalīgā blīvuma punkts un bezgalīgais telpas laika izliekums - singularitāte - pieņemsim, ka Visums sākās kā Pieņemsim, ka telpas laiks ir saspringts sīkā, bezizmēra punktā, eksplodēja tā dēvētajā Lielajā sprādzienā un izvērsās, līdz tas izskatās tā, kā tas notiek šodien. Vai tas varētu būt noticis? tas ir noticis tā? "

Hokings devās darbā, atbalstot spekulāciju vilcienu ar drošiem atbalsta aprēķiniem. Viņa doktora disertācija, kas balstīta uz šiem aprēķiniem, tika apstiprināta 1966. gadā. Šie aprēķini kopā ar papildu pētījumiem, kas tika veikti sadarbībā ar Penrose nākamās desmitgades laikā, veidoja pamatu zinātnieku mūsdienu izpratnei par Lielo sprādzienu.

Aptuveni tajā pašā laikā daži galvenie līdzsvara stāvokļa Visuma teorijas paredzējumi sāka izgāzties eksperimentālos testos, nostiprinot Hokinga statusu kā agrīnā Visuma patiesās vēstures atklājēju.

Sprādzieni melnajā caurumā?

Ja Hokinga vienīgais sasniegums viņa karjerā būtu atklāt Visuma vēsturisko formu, viņš joprojām būtu milzis - tāda veida persona, kas pieminēta līdzās Rosalindai Franklinai, kura atklāja DNS divkāršās spirāles formu, vai Nikolajam Kopernikam, kurš pirmais ierosināja Saules sistēmas heliocentriskais modelis. Bet tas bija tikai pirmais no Hokinga diviem galvenajiem sasniegumiem.

Otrais, Hokinga starojums, prasa mazliet saprast divas lietas: melnos caurumus un tukšās vietas kvantu mehāniku.

Pirmkārt, par melnajiem caurumiem: Melnais caurums ir zvaigzne, kas ir uzkritusi pati uz sevi un kļuvusi tik gravitācijas intensīva, ka pat gaisma nevar izbēgt no reģiona ap tā centru. Aiz šī punkta, ko sauc par notikumu horizontu, telpas laiks ir tik izliekts, ka viss, kas atpaliek no apvalka, tiek zaudēts uz visiem laikiem. Melnais caurums saskaņā ar šo izpratni 70. gadu sākumā nekad neizstaro gaismu, nekad nesaraujas un nekad nezaudē masu; tas tikai iegūst masu un ievelk vairāk vietas savā apņemtajā teritorijā.

Otrkārt, par kvantu mehāniku: līdz Hokinga karjerai zinātnieki jau sen zināja, ka Heizenberga nenoteiktības pricinple nozīmē, ka tukša telpa patiesībā nav tukša. Tā vietā tas sakrīt ar “virtuālām” daļiņām - matērijas un antimatērijas pāriem, kas parādās kopā, atdalās un pēc tam saduras viens ar otru un iznīcina laika posmā, kas ir pārāk īss, lai izmērītu. (Zinātnieki līdz šai dienai strīdējas par to, vai šīs virtuālās daļiņas patiešām pastāv vai arī to dīvainā, varbūtības rakstura dēļ parādās tikai kvantu vienādojumos.)

1973. gada vasaras beigās Stefans un Džeina Hawkingi apmeklēja lekciju ciklu Varšavā, Polijā, atzīmējot Kopernika 500. dzimšanas dienu, rakstīja Fergusons. Tur Hokings sastapās ar diviem padomju fiziķiem Jakovu Borisoviču Zeļdoviču un viņa studentu Alekseju Aleksandroviču Starobinski, kuri bija parādījuši, ka melno caurumu vērpšanas enerģija radīs daļiņas tieši ārpus viņu notikumu horizonta. Šīs daļiņas nonāks kosmosā, savā lekcijā sacīja Zeldovičs un Starobinskis, izlaižot dažus melnā cauruma griešanās virzienus. Visbeidzot, Zel'dovich un Starobinsky teica, ka melnie caurumi pārtrauks griezties.

Ideja iestrēga Hokinga galvā, Fergusons rakstīja, un viņš atgriezās Kembridžā, lai atkārtotu un pilnveidotu Zel'doviča un Starobinkija aprēķinus. Bet, kad viņš veica savus pirmos spērienus pie viņu rezultātiem, parādījās kaut kas jauns.

"Es atklāju, ka man par pārsteigumu un kairinājumu ir tas, ka pat melniem caurumiem, kas nav rotējoši, acīmredzot vajadzētu radīt un izdalīt daļiņas vienmērīgā ātrumā," viņš vēlāk rakstīja savā 1988. gada grāmatā "Īsa laika vēsture".

Lūk, kāpēc, kā viņš paskaidroja šajā grāmatā:

Ja kosmosā pastāv melnie caurumi un tiem ir noteikts notikumu horizonts, un ja telpa nepārtraukti riņķo ar virtuāliem "pašiznīcinošu daļiņu pāriem", tad dažreiz šīm daļiņām ir jākļūst eksistējošām tieši melno caurumu notikumu horizonta malās. Faktiski dažas No šiem daļiņu pāriem jābūt perfekti novietotiem ar vienu negatīvās masas antimateriāla daļiņu, kas atdalīta vienā notikuma horizonta pusē, bet otra - no pozitīvās masas vielas daļiņas, kas atdalīta otrā pusē.

Šis dīvainais apstāklis ​​efektīvi "palielinātu" daļiņas no viņu virtuālās puseksistences līdz pilnīgai realitātei, Hokings saprata, jo tās būtu pietiekami atdalījušās, lai tās neiznīcinātu. Tas nozīmēja, ka enerģijas un masas daļiņas varētu plūst no melno caurumu notikumu horizonta virsmas. Un šī enerģijas plūsma, kas izstaroja uz āru no tā, ko fiziķi iepriekš uzskatīja par mūžīgi tumšiem ķermeņiem, ieguva nosaukumu Hokinga starojums, pēc tam, kad viņš to aprakstīja 1974. gada rakstā Nature ar nosaukumu “Melno caurumu eksplozijas?”.

Hokinga starojums pamatīgi mainīja fiziķu izpratni par Visumu. Pirms Hokinga apzināšanās zinātnieki uzskatīja, ka jebkura viela vai enerģija, kas zaudēta melnajam caurumam, ir aizgājusi no plašākā Visuma uz visiem laikiem, tā, ka melno caurumu notikumu horizonts darbosies kā sienas, no kurām aiziet daļa no Visuma lietām nekad neatgriezīsies.

Bet Hokinga atklājums parādīja, ka melnie caurumi laika gaitā samazināsies arvien ātrāk. Katrai pozitīvajai daļiņai, kas straumēja no notikuma horizonta virsmas plašākā Visumā, negatīva daļiņa ar negatīvu enerģiju un masu atkal iekristu telpā ārpus notikuma horizonta, samazinot kopējo masu un enerģiju, kas tur aizslēgta. Laika gaitā šis process izraisīs melno caurumu sarukumu. Un, sarūkot, viņi kļūs aktīvāki ar Hokinga starojumu un ātrāk saruks.

Hokings prognozēja, ka Visumam ir jāatrodas "pirmatnējos melnajos caurumos", kas radās nevis no zvaigžņu sabrukšanas, bet no agrīnā Visuma galējā spiediena. Pēc viņa domām, šie melnie caurumi būtu ievērojami sarukuši miljardu gadu laikā, un to mazie notikumu apvāršņi izārstētu spēcīgus Hokinga starojuma starus.

"Šādi caurumi diez vai bija pelnījuši melns: viņi tiešām ir balti karsts, "viņš rakstīja" Īsā laika vēsturē ".

Galu galā Hokings izlēma, ka viņi eksplodēs.

Kad Hokings sāka dalīties ar šo ideju, Fergusons rakstīja rakstā “Neierobežots prāts”, viņa vienaudži to uztvēra kā izcili vai ķecerīgi. Kad Penrose izdzirdēja tā čukstus, viņš piezvanīja Hokingam tieši tad, kad fiziķis sēdēja uz savām 1974. gada dzimšanas dienas vakariņām, un apsveica viņu tik ilgi, ka viņa vakariņas kļuva aukstas. Bet mēnešus vēlāk simpozija, kurā Hokings iepazīstināja ar savu priekšlikumu, moderators pieauga, lai paziņotu to par “pilnīgu atkritumu daudzumu”.

Mūsdienās to uzskata par pamata zinātnisku faktu.

Aiz melnajiem caurumiem

Četrarpus gadu desmitos kopš "Melno caurumu sprādzieni?" Hokings turpināja publicēt pētījumus, kuru pamatā ir Visuma pamati, ieskaitot idejas, kas uzbrūk viņa paša iepriekšējiem ieguldījumiem. (Skat., Piemēram, satriecošo 2014. gada virsrakstu žurnālā Nature, "Stefans Hokings: nav melnu caurumu".)

Hokings ir kļuvis slavenākais savā vēlākajā zinātnes komunikatora karjerā. Viņš ir turpinājis savu 1988. gada klasisko filmu "Īsa laika vēsture" ar vēl 10 populārzinātnes darbiem un memuāru ar nosaukumu "Mana īsa vēsture" (Random House, 2013).

Nav iespējams runāt par Hokinga milzīgo ieguldījumu cilvēka izpratnē par Visumu, neatzīstot viņa ilgstošās veselības stāvokļa kontekstu. Hawkinga divi galvenie ieguldījumi fizikā tika iegūti tajā pašā laika posmā, kurā viņš no jauna cilvēka, kurš varēja patstāvīgi staigāt, pārvērtās par vīrieti, kurš bija ierobežots ar ratiņkrēslu, aizkavēja runu un bija atkarīgs no tā, ka sieva pārrakstīs savas domas. .

ALS paralizē ķermeni, bet - vismaz Hawking gadījumā - tas nesabojā prātu. Un par to, Fergusons rakstīja, Hokings sevi jau sen ir uzskatījis par "izcili laimīgu".

"Tā bija taisnība 1964. gadā un ir šodien," rakstīja Fergusons, "ka, runājot par Hokingu, jo mazāk tiek izdarīts no viņa fiziskajām problēmām, jo ​​labāk. Es to atzinu 1989. gadā, savas pirmās grāmatas par viņu intervijās, tas, ka, ja es rakstītu par viņa zinātnisko darbu un pilnīgi nepieminētu, ka šāda darba veikšana viņam, iespējams, ir vairāk sasniegums nekā lielākajai daļai cilvēku, tas viņam būtu piemērots. "

Hokings ir izrādījies visērtākais, diskutējot par invaliditāti sava aktīvisma kontekstā, kas ir bijis nozīmīgs. 1999. gadā viņš pievienojās 12 ievērojamu cilvēku grupai, ieskaitot Dienvidāfrikas aktīvistu Desmondu Tutu, parakstot hartu, kurā pasaules valdības tika aicinātas pārveidot attiecības ar viņu invalīdiem un paplašināt pakalpojumus, kas uzlabo cilvēku ar invaliditāti dzīvi.

Hokings ir bijis arī ievērojams vispārējās veselības aprūpes un Apvienotās Karalistes Nacionālā veselības dienesta (NHS) aizstāvis, dodoties tik tālu, ka 2017. gada augusta runā uzbrūk Konservatīvās partijas veselības sekretāram Džeremijam Huntam par nepietiekamu programmas finansējumu un atbalstu.

"Es nebūtu šeit bez NHS," sacīja Hokings.

Hawking mēdz iegūt vislielāko uzmanību savām idejām par cilvēces nākotni, kad viņš komentē mākslīgo intelektu vai citplanētiešus. Bet lielākā daļa viņa izteikumu par šo tēmu ir bijuši zemāki: pretoties kariem, uztraucoties, ka ASV prezidenta Donalda Trumpa atlaišana no klimata izmaiņām varētu sabojāt planētu, un pievienošanās Izraēlas globālajam akadēmiskajam boikotam.

Live Science novēl Hawkingam ļoti laimīgu dzimšanas dienu un daudz ko citu.

Pin
Send
Share
Send