Что изучал стивен хокинг
Необъятная Вселенная великого Стивена Хокинга: От Папы Римского до президента США
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
1. День рождения в день смерти.
Родители Хокинга, Фрэнк и Изабель Хокинг, переехали из Северного Лондона в Оксфорд, поскольку во время Второй мировой войны это место считалось одним из самых безопасных не только для жизни, но и для рождения и воспитания ребёнка. И совсем неудивительно, что День рождения этого гения, который припал на 8 января 1942 года, совпал с трёхсотлетним юбилеем со дня смерти легендарного физика и астронома Галилео Галилея.
2. Маленький Эйнштейн
Забавный факт: в школьное время его одноклассники дали Стивену прозвище Эйнштейн. Произошло это после того, как вместе со своей группой друзей, а также учителем математики Дикраном Тахта он построил рабочий компьютер, используя при этом детали из старого телефонного коммутатора, часов и других, вышедших из обихода компонентов.
3. По стопам родителей
Родители ученого оба обучались в Оксфордском университете, что, возможно, и стало причиной, почему сам Стивен выбрал именно его. Кроме того, у него была весьма обширная семья: две младшие сестры – Филиппа и Мария, и приёмный брат – Эдвард. Вся семья любила проводить время в тишине за едой, занимаясь при этом чтением любимых книг. Но несмотря на умиротворение в семейном кругу, в молодости Стивен был очень авантюрным, любил активный спорт и частенько увлекался чем-то необычным. Так, будущий учёный был членом команды по гребле в университетском колледже в Оксфорде.
Забавно то, что в последний год обучения, Хокинг обратился к врачу после того, как случайно упал с лестницы и чувствовал себя не в своей тарелке, немного неуклюже. Однако единственным советом, который дал ему врач, было завязывать с большим количеством пива. Кстати, ещё один интересный момент, когда Хокинг защищал свою докторскую степень в университете, он впервые влюбился в девушку по имени Джейн Уайлд, которая была лучшей подругой его родной сестры.
4. Поражение длинною в семь лет
В 1997 году Стивен заключил пари вместе с ещё одним учёным, физиком-теоретиком Джоном Прескиллом. Его суть заключалась в том, что оба учёные имели разные точки зрения о действии чёрных дыр, утверждая, будто из них ничего не может вырваться, что, собственно, и является нарушением одного из главных правил квантовой механики. Своё поражение в споре Хокинг признал лишь в 2004 году.
5. Успех
Свою карьеру Стивен начинал всего лишь как профессор и преподаватель математики в университете Кембриджа с 1979 по 2009 год, и лишь затем записался в ряды теоретиков-космологов. Как бы прискорбно это не звучало, но свой первый успех Хокинг отметил в момент, когда выпустил несколько научно-популярных работ, в которых он обсуждал свои теории и собственный взгляд на Космос в целом. Стоит также отметить тот факт, что его труд под названием «История времени» быстро стал бестселлером и побил все рекорды. Так, в британском списке Sunday Times эта книга обозначилась как самая продаваемая всего за 237 недель.
6. Награды и рейтинг
Стивен был членом почётного, Королевского общества, а также обладал пожизненным членством Папской академии наук. Отметим, что США вручили ему самую высокую гражданскую награду в стране – Президентскую медаль Свободы. А в 2002 году служба BBC провела опрос, составив список из сотни самых влиятельных британцев в мире, где гениальный учёный занял в этом списке почётное 25 место.
7. Совместная работа
Некоторые научные работы Хокинг создавал совместно с Роджером Пенроузом. Так, в ходе их сотрудничества появилась теорема о гравитационной сингулярности, что была выделена в рамках общей теории относительности и предсказания. Также отметим, что в ходе этой теории физики выдвинули предположение, что чёрные дыры в космосе испускают своеобразное излучение, что в последующем было названо «излучением Хокинга».
8. Философ и теоретик
Хокинга с лёгкостью можно назвать самым настоящим сторонником и поборником многомировой интерпретации квантовой механики, что позволяет выдвинуть философские и теоретические обоснования тех или иных процессов. Этот человек был первым в мире, выдвинувшим теорию космологии, которая объяснялась элементарно, при помощи уже существующих теорий общей относительности и квантовой механики.
9. Герой Звёздного пути
Хокинг был одним из немногих учёных, которые считают, что следует отыскать другую, обитаемую и безопасную планету для того, чтобы в будущем человечество могло выжить после определённых природных катастроф. А ещё он стал единственным человеком, который сыграл самого себя в киновселенной «Звёздный путь».
10. Осуществление мечты и поражение с улыбкой
В 2007 году Стивен исполнил одну свою мечту, а именно – отправился в полёт в состоянии невесомости, тем самым желая испытать, каково это, находиться в космическом пространстве. Зато 28 июня 2009 учёный решил устроить так называемую вечеринку для путешественников во времени. О её начале он объявил на следующий день после назначенной даты, и, как он сказал позже с улыбкой, на неё никто не пришёл.
11. Ироничный юмор
На вопрос одного из журналистов о том, какая самая загадочная вещь в мире, Хокинг с улыбкой ответил, что это – женщины. Впрочем, он также остроумно ответил и на другой вопрос журналиста о том, какой у него уровень IQ, заявив, что не имеет ни малейшего понятия, считая, что люди, которые кичатся своим IQ – самые настоящие неудачники.
12. Страшный недуг и шутки сына
Гениальный физик-космолог был тяжело болен: у него диагностировали постепенно прогрессирующую и развивающуюся болезнь двигательных нейронов, которая ещё известна как болезнь Лу Герига. Так, она постепенно поедала тело учёного, вынуждая каждую мышцу в теле отказывать в течение всей жизни. Однако даже после того, как учёный потерял дар речи, Хокинг всё ещё мог общаться с окружающими через специальное устройство, которое генерировало речь автоматически сначала при помощи ручного переключателя, а после – с помощью всего одной мышцы лица. И несмотря на то, что Стивен являлся британцем по национальности, синтезатор речи, который он использовал, обладал настоящим американским акцентом. Собственно говоря, однажды, сын Стивена шутки ради добавил в синтезатор речи отца несколько крепких, матерных словечек.
13. Папа Римский на коленях
Однажды Ватикан пригласил Стивена на конференцию, где он имел возможность встретиться с самим Папой. Папа Иоанн Павел II испытывал некоторые затруднения, практически не слыша и не понимая того, что ему говорит учёный. Это вынудило его опуститься на колени рядом с инвалидной коляской, дабы лучше слышать его. Один из членов международного научного сообщества после этого отметил: «Благодаря Галилео, всё, безусловно, изменилось».
14. Прибывание в коме и рождение нового шедевра
В какой-то момент гениальный учёный оказался в состоянии так называемой медицинской комы. Его жене была предоставлена возможность самостоятельно отключить Хокинга от аппаратов жизнеобеспечения, однако она отказалась. Спустя время Стивен пришёл в норму, а также практически полностью выздоровел, закончив писать свою книгу «Краткая история времени». Но к огромному сожалению, мир потерял великого учёного 14 марта 2018 года. На тот момент Стивену Хокингу было 76 лет.
Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:
Стивен Хокинг и его работа — что дал ученый человечеству?
Выступление Хокинга в виде голограммы перед слушателями в Гонконге. Ученый находился в это время с собственном офисе в Кембридже
Как уже сообщалось на Geektimes, cегодня утром в своем доме ушел из жизни один из величайших ученых нового времени, британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Ему было 76 лет. Несмотря на тяжелую болезнь, боковой амиотрофический склероз, Хокинг жил практически полноценной жизнью — выступал на конференциях, появлялся на телевидении, даже озвучивал самого себя в «Симпсонах». Но, конечно, известность он получил не столько за публичную деятельность, сколько за свои научные работы. Научным изысканиям и достижениям Хокинга и посвящена эта статья.
Что это за работы и в каком направлении «копал» ученый? Почему о нем и его книгах, концепциях говорят очень многие? Хокинг — один из основоположников квантовой космологии. Ученый формировал теорию возникновения Вселенной в результате Большого взрыва. В ходе работы он сделал большое количество открытий, включая такую специфическую сферу, как эволюция звезд. Одна из его первых книг, «Краткая история времени», стала научно-популярным бестселлером, его читали даже люди, весьма далекие от науки.
В этом материале биографических данных не очень много, он написан для того, чтобы дать представление о работе Хокинга. Правда, для лучшего понимания того, насколько выдающимся человеком он был, стоит указать несколько фактов из жизни ученого, всего пара абзацев.
Стивен Хокинг родился 8 января 1942 года в Оксфорде. Несмотря на ум, в учебе в школе он не выделялся, как, собственно, и многие ученые до него. Троечником был и Эйнштейн. Кстати, Хокинг получил от школьных товарищей прозвище Эйнштейн. После школы он поступил в вуз, и во время учебы врачи поставили Хокингу диагноз — боковой амиотрофический склероз. К сожалению, это заболевание не лечится, и большинство пациентов с таким диагнозом умирают еще молодыми.
Речь студента становилась все менее внятной, ему стало трудно ходить, мелкая моторика рук стала проблемой. Тем не менее, будущий выдающийся ученый продолжил учебу. В 1962 году он закончил университет, получив степень бакалавра по математике и физике. После того, как врачи диагностировали болезнь, Хокингу давали всего два года — на большее медики не рассчитывали.
Тем не менее, болезнь не слишком быстро прогрессировала, и Хокинг ходил до конца 60-х, после чего ему пришлось начать передвигаться на коляске. В 1985 году ученый перенес воспаление легких, после чего он утратил способность говорить. Именно тогда он стал использовать синтезатор речи. Все это не остановило его от избранного пути — пути к познанию.
В 1965 году молодой специалист начал вести научную деятельность в Кембриджском университете в колледже Гонвилль и Киз. Всего через год он получил степень доктора философии. После этого деятельность ученого стала весьма разнообразной. К примеру, он перешел на работу в Институт теоретической астрономии. Там, на кафедре прикладной математики и теоретической физики, Хокинг стал профессором физики и математики.
Начало его карьеры пришлось как раз на 60-годы, когда был проведен третий из серии классических экспериментов «опыт», который подтвердил справедливость общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Этот опыт показал гравитационное красное смещение — то есть изменение частоты света при прохождении луча рядом с массивным объектом, например, звездой.
Когда теория Эйнштейна была подтверждена, ученые стали исследовать возможные ее проявления и следствия. Например, динамику расширения Вселенной после выхода из состояния равновесия. Также многие специалисты занялись изучением черных дыр. Эта тематика заинтересовала и Хокинга. В диссертации ученый использовал теоремы, которые сформулировал его коллега, британский математик Роджер Пенроуз. Заслуга Стивена Хокинга была в том, что он применил эти теоремы ко всей Вселенной, объясняя, в частности, гравитационные сигнулярности. Они предоставляют собой феномен пространства-времени, попытки применить уравнения общей теории относительности к которому дают некорректные с физической точки зрения решения.
Интересно, что именно Пенроуз смог объяснить процесс возникновения черных дыр, связав его с сингулярностью. Пенроуз утверждал, что обычная звезда превращается в черную дыру благодаря гравитационному коллапсу, который сопровождается рождением особого рода поверхности. Ее можно назвать «ловушечной».
Понятно, что «изучать» черные дыры напрямую нельзя, поэтому приходится предлагать объяснения различным явлениям, следя за тем, чтобы это объяснение согласовывалось с другими феноменами и их проявлениями, а также с общей концепцией пространства-времени. В 1971 году Хокинг предположил, что кроме обычных черных дыр существуют и микроскопические объекты с массой в миллиарды тонн но объемом, не превышающем объем протона.
Развивая эту теорию, в 70-х годах прошлого века Хокинг вместе с учеными Брэндоном Картером и Дэвидом Робинсоном смогли подвести доказательную базу под гипотезу американского физика Джона Уилера. Согласно ему, изолированные черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, могут характеризоваться двумя параметрами. Первый — масса и второй — угловой момент.
В своей работе «Крупномасштабная структура пространства-времени» Хокинг с другим ученым, Джоном Эллисом указывали, что конечным этапом эволюции массивной звезды является черная дыра. То есть коллапс за горизонт событий, в результате чего и образуется черная дыра, внутри которой, в свою очередь, образовывается сингулярность. Ученые утверждали, что в начале эволюции Вселенной тоже была сингулярность, которую можно охарактеризовать как начало всех начал.
Многие коллеги Хокинга в 60-е годы прошлого века старались объяснить образование и существование черных дыр лишь методами квантовой механики и положениями общей теории относительности. Хокинг же одним из первых, если не первым, стал применять термодинамику. Ему удалось получить точное выражение для энтропии черной дыры. В этом случае Стивен Хокинг воспользовался работами израильского физика Якоба Бекенштейна, который вывел зависимость — энтропия черной дыры пропорциональна ее площади.
В 70-х Стивен Хокинг встретился с рядом ученых СССР, включая известного физика Якова Зельдовича. Последний считал, что черные дыры вполне могут излучать фотоны. Все дело в том, что на горизонте событий в черной дыре образуются пары виртуальных частиц. Причем одна из них уходит от дыры, а вторая — падает в нее. Воспользовавшись этой перспективной идеей, Хокинг смог рассчитать тепловой спектр черной дыры. Он получил интересный результат. К примеру, температура черной дыры с массой, равной солнечной, почти нулевая, всего одна миллионная кельвина. Из-за этого черные дыры нельзя обнаружить обычными методами. Зато такие объекты отклоняют световые лучи при прохождении тех рядом, что является косвенным свидетельством существования дыры в пространстве. Современные астрономы определяют местоположение массивных объектов, включая черные дыры, именно благодаря этому явлению.
Спустя некоторое время Хокинг совместно с коллегой, ученым Джеймсом Хартли из США разработал концепцию, согласно которой существуют параллельные миры, для которых есть единая волновая функция. И то, что наблюдаем мы, люди — лишь одна из возможных реальностей. Эта концепция в дальнейшем перекочевала в массу научно-фантастических произведений, основа которых — как раз теория множественности реальностей.
Несмотря на то, что тело становилось все более немощным, мозг ученого работал четко и ясно. Он продолжал вести научную деятельность и активную жизнь. К сожалению, через время ученый смог управлять лишь одной мышцей своего тела — мимической мышцей щеки. Специально для Хокинга инженеры разработали систему управления компьютером на основе датчика движения. То есть движениями мимической мышцы Хокинг управлял системой.
Он продолжал активно работать. Хокинг опубликовал работу, о которой говорилось выше — «Краткую историю времени». Эта работа переведена на большое количество языков. Общий тираж книги составляет более 10 миллионов экземпляров.
Хокинг, кстати, первым заявил, что информация, которая была перенесена в черную дыру попавшими в нее объектами, не сохраняется. Правда, потом ученый изменил свое мнение, пояснив, что информация не теряется, однако трансформируется в форму, недоступную для человека. Материя, которая попадает в дыру, испаряется благодаря излучению Хокинга. А вот информация сохраняется не внутри черной дыры, а на горизонте событий. Хокинг объяснил это явление при помощи техники функционального интеграла, который взят по пространству с тривиальной топологией.
«Черные дыры на самом деле не такие уж черные, как их рисуют. Это не вечные тюрьмы, которыми их представляют. Что-то может выйти из них и, возможно, в другую вселенную. Так что, если вы чувствуете, что попали в черную дыру, не сдавайтесь. Выход есть!», — говорил Хокинг на одной из своих лекций.
Что касается других вселенных, то Стивен Хокинг и ряд его коллег считали и считают, что черные дыры могут быть туннелями в «сосдение» вселенные. Правда, не все черные дыры, а только те из них, которые достаточно велики и вращаются. Правда, пройдя по такому туннелю, в нашу вселенную вернуться нельзя. Интересно, что и эта концепция стала основой для ряда научно-фантастических произведений.
К слову, несмотря на то, что работы космологов довольно сложны для понимания (и это мягко сказано), реальное устройство мира еще сложнее, ведь физики и математики пытаются объяснить лишь часть феноменов, которые мы наблюдаем или считаем, что наблюдаем. Процесс познания — бесконечен, как и сама Вселенная. Нельзя надеяться на то, что устройство Вселенной станет ясным нашим потомкам через сто или даже тысячу лет. Но какие-то моменты проясняются, а туман непознанного постепенно рассеивается, хотя бы и понемногу, открывая четкие грани Знания. И в этом — несомненная заслуга Стивена Хокинга. После его смерти дети ученого заявили, что он оставил наследие нескольким поколениям сразу. В этом не приходится сомневаться.
«О тайнах Вселенной он знал больше любого из нас»: какой вклад в науку внёс Стивен Хокинг
Скучающий в Оксфорде гений
В 17 лет Стивен Хокинг поступил в Университетский колледж Оксфорда, где изучал математику и физику. Учёбу юноша находил до того лёгкой и скучной, что редко открывал учебники. Ему больше нравилось общаться с однокурсниками и читать новинки научной фантастики.
«Курс физики в то время был построен таким образом, что избежать работы было очень несложно. Я сдал один экзамен перед поступлением, а затем лишь выпускные экзамены через три года», — писал Хокинг в автобиографии.
По собственному признанию, за три года учёбы он «по-настоящему проработал около тысячи часов — примерно по часу в день». Университетская программа не казалась Хокингу достойной внимания. Единственным предметом, который молодой физик счёл интересным, была космология. По его словам, только она позволяла ответить на «главный вопрос: откуда появилась Вселенная?»
Поворотный момент
Осенью 1962 года Хокинг продолжил учёбу в Тринити-колледже Кембриджского университета.
В Кембридже он хотел попасть к самому известному британскому астроному того времени, автору теории стационарной Вселенной (альтернативы теории Большого взрыва) Фреду Хойлу. Однако у последнего уже было достаточно студентов, поэтому Хокинга определили в группу физика Денниса Сиама, о котором до того он никогда не слышал.
«Я не соглашался со многими из его идей, но эти споры определённо способствовали созданию моего собственного видения», — признался Хокинг в автобиографии.
Самой привлекательной областью исследования Хокинг счёл космологию, которую фактически тогда не признавали наукой. Учёный был недоволен тем, что космология и общая теория относительности остановились на уровне 1930-х годов. В автобиографии Хокинг вспоминает слова Ричарда Фейнмана, лауреата Нобелевской премии по физике, посетившего конференцию по теории относительности и гравитации в Варшаве в 1962 году: «Я не вынес из этой конференции ничего, ничему не научился. Потому, наверное, что эта область бездействует, нет никого, кто бы исследовал её, слишком немногие из учёных интересуются ею. Результат — бесполезная трата времени в компании совершенных болванов».
С этого момента Хокинг осознал необходимость вплотную заняться изучением космологии и гравитации.
«По иронии судьбы, именно Варшавская конференция стала поворотным моментом в возрождении общей теории относительности», — вспоминал Хокинг в автобиографии.
Эффект Хокинга
В 1963 году на научную арену вышли представители нового поколения физиков и космологов, появились передовые исследовательские центры, изучавшие общую теорию относительности. В этом же году у Хокинга диагностировали боковой амиотрофический склероз (БАС). По прогнозам врачей, молодому учёному оставалось жить всего два с половиной года. Однако болезнь прогрессировала крайне медленно, и Хокинг смог вернуться к работе.
Для начала молодой физик вместе со своими коллегами провёл очередной эксперимент, доказавший справедливость общей теории относительности Эйнштейна. Убедившись в её правильности, Хокинг решил заняться изучением самых необычных последствий, вытекающих из этой теории. К таковым относились идея расширения Вселенной после Большого взрыва и возможность существования чёрных дыр.
«Начинал он с классической гравитации. Его работа конца 1970-х годов посвящена сингулярности — области пространства-времени», — отметил в беседе с RT академик РАН, главный сотрудник Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН Алексей Старобинский.
По словам российского учёного, итогом усилий Хокинга стало то, что «современная космология построена на наличии такой сингулярности».
Стивен Хокинг решил применить идею о пространственно-временной сингулярности в центрах чёрных дыр к целой Вселенной в момент её рождения. В 1965 году молодой учёный выступил с докладом, подтверждающим эту смелую идею.
«Хокинг внёс ценный вклад в космологию, теорию космологической сингулярности, развил теорию чёрных дыр и ввёл понятие «испарение чёрных дыр». Его идеи лежат в основе квантовой космологии. В этом главные достижения Хокинга», — сообщил в беседе с RT доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории галактических космических лучей НИИЯФ МГУ Александр Панов.
Разделяет мнение Панова о весомом вкладе Хокинга в космологию и Старобинский, которому удалось поработать со знаменитым физиком.
«Если говорить о вкладе в космологию, то это его работы 1982 года, сделанные на знаменитом Наффилдовском симпозиуме в Кембридже. На нём Хокинг, я и ещё двое учёных практически одновременно сделали правильный расчёт спектра возмущений плотности», — заявил учёный в беседе с RT.
По словам академика Отделения физических наук РАН Юрия Балеги, самое крупное достижение Хокинга заключается в том, что в начале 1970-х годов он ввёл новое понятие — «испарение чёрных дыр».
«Чёрная дыра — это место, куда в результате гравитации стекается всё вещество. Но Хокинг допустил, что чёрные дыры могут постепенно исчезать из-за квантовых эффектов у их горизонта событий, испуская энергию в виде излучения. Эти испарения получили названия «эффект Хокинга», — пояснил Балега в интервью RT.
Член-корреспондент РАН, ведущий научный сотрудник Отдела теоретической физики ИЯИ РАН Сергей Троицкий в беседе с RT также назвал особенно ценной теорию испарения маленьких чёрных дыр.
«Удивительно, что большие чёрные дыры растут, а маленькие испаряются, могут просто исчезнуть», — отметил Троицкий.
Эксперты также отметили, что научные достижения Хокинга помогут учёным в дальнейшем расширить свои знания о космосе.
«Для меня самое главное открытие Хокинга — это излучение чёрных дыр, которое называется «излучением Хокинга». Думаю, оно поможет в будущем узнать больше о внутренности чёрной дыры», — отметил в интервью RT главный научный сотрудник НИИЯФ МГУ Владимир Кукулин.
Популяризатор науки
Широкую известность Хокинг получил благодаря своей популяризаторской деятельности. В 1988 году была опубликована его научно-популярная книга «Краткая история времени: От Большого взрыва до чёрных дыр». Работа тиражом 10 млн экземпляров была переведена на 40 языков.
«Значимы его достижения в популяризации физики и астрофизики, распространении научных знаний для человечества. О тайнах Вселенной он знал, вероятно, больше любого из нас, и по возможности делился своими знаниями. Это очень важно, когда есть кто-то, кто может разъяснить место человека во Вселенной», — отметил Балега.
По словам Кукулина, «среди всех живущих и живших учёных Хокинг был самым главным популяризатором науки».
Несмотря на свою болезнь, Хокинг много путешествовал, встречался с лидерами государств, в течение 25 секунд испытал состояние невесомости на борту специального самолёта и даже думал о космических полётах.
Хокинг активно участвовал в проектах Юрия Мильнера Breakthrough Listen по поиску внеземной жизни и созданию маленьких космических аппаратов для полётов к «двойнику» Земли — альфе Центавра. Учёный не переставал удивляться, как человечество, склонное к конфликтам и войнам, намеревается протянуть хотя бы следующие сто лет на Земле, и был уверен в необходимости найти «запасную» планету для жизни.