Опубликована последняя работа Стивена Хокинга о парадоксе Мультивселенной Panthera Leo


Опубликована последняя работа Стивена Хокинга о парадоксе Мультивселенной

Последняя научная статья английского физика-теоретика Стивена Хокинга (1942-2020), работу над которой он успел завершить за неделю до своей смерти, была опубликована в среду в научном издании Journal of High Energy Physics. В ней ученый совместно с профессором Томасом Хертохом попытался разрешить так называемый парадокс Мультивселенной, который сам сформулировал еще в 1980-х годах.

Согласно выдвинутой тогда Хокингом теории, в результате Большого взрыва возникла не одна наша Вселенная, а бесконечное множество параллельных Вселенных, ни одна из которых не похожа на другие. По мнению Хокинга, даже законы физики в этих мирах действуют по-разному.

«Предыдущая теория предполагала существование абсолютно различных Вселенных: некоторые из них вообще пустые, другие — заполнены материей, некоторые расширяются слишком быстро, другие — оказываются крайне недолговечными. Предполагалось огромное количество всевозможных вариантов», — объяснил Хертох газете Guardian. «Однако загадка заключалась вот в чем — почему же тогда мы с вами живем в настолько особенной вселенной, где все так идеально сбалансировано, что могут существовать такие сложные вещи, может зародиться жизнь?» — отметил он.

Сформулированная Хокингом в 80-х годах прошлого века теория приводила к парадоксу: если все возможно в разных Вселенных, то нельзя предсказать даже то, какими должны быть законы физики в нашей собственной. Фактически эта научная теория делала невозможной само научное познание.

Чтобы разрешить этот парадокс, Хокинг и его коллега при помощи новых математических методов доказывают, что Вселенных много, но все они на самом деле похожи друг на друга. «В нашей работе мы сделали шаг на пути к объяснению загадки настолько совершенного устройства нашей собственной Вселенной», — отметил Хертох. «Как сказал бы Стивен, Вселенная даже теоретически должна была получиться именно такой, какой она получилась», — добавил ученый. По его словам, это предположение делает теорию более предсказуемой и позволяет подтвердить ее.

Он надеется, что в самом ближайшем будущем ученым удастся зафиксировать наличие других Вселенных с помощью так называемого реликтового излучения, которое осталось после Большого взрыва.

Опубликована еще одна предсмертная работа Стивена Хокинга

В мае этого года мы сообщали о публикации работы Стивена Хокинга, в которой он рассматривал природу нашей Вселенной и назвал ее частью более обширной Мультивселенной. Статья была написана в соавторстве с бельгийским коллегой Томасом Хертогом из Левенского католического университета, но как оказалось, она является не единственной последней работой одного из величайших физиков современности. На днях была опубликована еще одна работа, которую Хокинг успел закончить буквально за несколько дней до своей смерти. Статью, описывающую выводы физика, пришлось дописывать уже ее соавтору, профессору Кембриджского университета Малькольму Перри.

Новая работа Хокинга посвящена так называемому информационному парадоксу, явлению, которое ученый пытался разрешить последние 40 лет и выяснить что происходит с информацией в черных дырах.

В более ранних работах Хокинг заявил, что предсказания Альберта Эйнштейна о черных дырах, предложенные среди прочего, в общей теории относительности в 1915 году, оказались неполными. По мнению Эйнштейна, черные могут быть полностью определены только тремя признаками: массой, зарядом и спином (собственным моментом импульса элементарных частиц). Спустя 60 лет Хокинг выступил с предположением том, что черные дыры имеют собственную температуру.

По мнению Хокинга, горячие объекты теряют свое тепло в пространстве, в результате чего черные дыры могут полностью испариться и прекратить свое существование. Однако, это противоречит законам квантовой механики, согласно которым информация не может просто так исчезнуть. Последняя работа ученых не решает парадокс целиком, но указывает на возможность его объяснения.

Опубликованная на днях статья Хокинга и Перри носит название Black Hole Entropy and Soft Hair (Энтропия черной дыры и мягкие волосы). Такое странное, на первый взгляд, название статьи, является отсылкой к физической «теореме об отсутствии волос» у черной дыры, где «волосы» — это метафорическое определение информации о материи, поглощаемой черной дырой.

Согласно утверждения ученых, если бросить какой-либо предмет в черную дыру, то ее температура должна измениться. Данное свойство физики назвали энтропией — мерой необратимого рассеивания энергии. В новой работе Хокинг выдвигает предположение о том, что записать об изменении этой энтропии могла бы сохранится в виде огромного количества фотонов, находящихся на краю горизонта событий черной дыры и обладающих практически нулевой энергией. Хокинг и Перри и назвали эти фотоны «мягкими волосами».

«Эта работа показывает, что по этим мягким волосам можно судить о том, что происходит с энтропией черной дыры», — прокомментировал Малькольм Перри изданию The Guardian.


«Мы пока не знаем, действительно ли энтропия, предложенная Хокингом, отвечает на все, что попадает в черную дыру. Предстоит еще много работы чтобы это выяснить, но мы определенно наблюдаем прогресс», — добавил Перри.

В интервью британскому изданию Перри также рассказал о том, что разговаривал со Стивеном Хокингом по поводу их исследования за несколько дней до смерти ученого.

«Стивену на тот момент уже было очень трудно общаться, поэтому нас переключили на громкую связь, чтобы я мог объяснить, насколько далеко мы продвинулись в расчетах. Когда я закончил говорить, Стивен широко улыбнулся. Я всего лишь рассказал ему о том, что у нас наблюдается некий прогресс, но он уже знал конечный результат», — уверен Перри.

Опубликована последняя работа Стивена Хокинга о парадоксе Мультивселенной: Panthera Leo

Опубликована окончательная версия последней работы Стивена Хокинга. Еще при жизни Хокинг совместно с физиком Томасом Гертогом (Thomas Hertog) пришел к выводу, что Большой взрыв создал не одну вселенную, а их бесконечное множество.

Некоторые положения работы бросают вызов ранним теориям, которые были предложены самим Хокином. Теория вечной инфляции предполагает, что после Большого взрыва образовалось множество разных вселенных, которые в чем-то схожи между собой, а в чем-то нет. Возможно, в другой вселенной существует планета, похожая на Землю, на которой выжили динозавры. Но законы физики и химии во всех этих вселенных могут настолько отличаться друг от друга, что их невозможно предсказать. Мы не можем ориентироваться на законы нашей вселенной, поскольку они не будут работать в других мирах. Хокинг подчеркивал, что масштаб разных вселенных внутри мультивселенной настолько огромен или даже бесконечен, что теорию невозможно будет проверить.

В новой публикации физики утверждают, что сценарий вечной инфляции ошибочен. Вместо этого Хокинг говорит, что вселенная «глобально конечна». Любая hooker из этого каталога согласится переспать с вами за деньги. Законы физики мультивселенной должны быть справедливы для всех ее частей. Несмотря на то, что новая модель полностью не устраняет понятие множественных вселенных, она сводит их вариации к минимуму. Это может помочь преодолеть разрыв между классической и квантовой физикой, поскольку, по словам профессора Гертога, теория Эйнштейна не совместима с вечной инфляцией. Согласно Хокингу и Гертогу, новая теория позволит проверить изложенные в ней понятия о природе Вселенной.

Последняя работа Хокинга решила парадокс

В своей последней работе профессор Стивен Хокинг говорит о существовании параллельных вселенных, похожих на нашу.

Эта теория покойного астрофизика помогает решить выведенный им же космический парадокс и наводит астрономов на поиск свидетельств существования параллельных вселенных. Работа была передана в научное издание Journal of High-Energy Physics за десять дней до смерти Хокинга.

В 1980-х годах Хокинг вместе с американским астрофизиком Джеймсом Хартлом разработал новую теорию возникновения Вселенной. Теория Хартла-Хокинга устраняла внутреннее противоречие теории Эйнштейна, в которой постулировалось, что наша Вселенная возникла около 14 млрд лет назад, но не говорилось, каким образом это произошло.

Ученые прибегли к квантовой механике, чтобы объяснить, как Вселенная могла возникнуть из ничего. Эта теория решила одну проблему, но создала другую, или даже бесконечное число других.

Выстраивая свою теорию, физики пришли к выводу, что Большой взрыв вероятнее всего создал не одну вселенную, а бесконечное их количество.

В соответствии с теорией Хартла-Хокинга некоторые из параллельных вселенных похожи на нашу: в них существуют похожие на Землю планеты, общества, похожие на наши, и даже схожие с нами люди.


Другие вселенные могут быть немного другими — это может быть планета, похожая на Землю, но сохранившая популяцию динозавров. В-третьих, все может быть совсем по-другому: без Земли, возможно даже без звезд и галактик, с другими законами физики.

Может быть, это звучит как фантастика, но в соответствии с математической частью теории Хартла-Хокинга это возможно. Тут возникает проблема, поскольку если существует бесконечное число вселенных с бесконечными вариациями законов физики, то теория не может способствовать пониманию того, в какой именно вселенной мы находимся и каковы ее особенности по сравнению с другими.

Именно этот парадокс в своей последней работе пытается решить Хокинг совместно с профессором Томасом Хертогом из Левенского католического университета в Бельгии. «Ни Стивен, ни я не были удовлетворены таким положением дел», — говорит Хертог в беседе с Би-би-си.

«Получается, что мультивселенная возникла случайно, а больше мы почти ничего сказать не можем. Мы сказали друг другу: «Возможно, с этим придется смириться». Но сдаваться мы не хотели», — рассказывает ученый.

Теория Хартла-Хокинга — плод двадцатилетней работы двух ученых. Парадокс в рамках новой теории разрешается с помощью математического арсенала другой экзотической теории — теории струн.

Этот подход позволил физикам по-другому взглянуть на науку. А новая оценка теории Хартла-Хокинга, которая содержится в работе, восстанавливает порядок в мультивселенной.

В соответствии с теорией Хокинга-Хертога, параллельные миры существуют, но законы физики в них должны быть такими же, как в нашей.

Это значит, что наша Вселенная типична, а значит выводы, которые мы делаем из наблюдений за ней, применимы и к параллельным мирам.

Все это может показаться заумным, но эти идеи будут реальным подспорьем для физиков, которые стараются разработать более полную теорию возникновения Вселенной, говорит профессор Хертог.

«Законы физики, которые мы проверяем в наших лабораториях, существовали не всегда. Они выкристаллизовались после Большого взрыва, по мере того, как наша Вселенная расширялась и остывала. То, какие именно законы возникнут, в большой степени зависело от физических параметров Большого взрыва. Изучая их, мы надеемся получить более глубокое понимание того, откуда берутся наши теории по физике, как они появляются, и уникальны ли они», — говорит ученый.

Один из волнующих выводов новой теории в том, что, по словам Хертога, она может помочь исследователям обнаружить следы параллельных вселенных в нашей. Это можно сделать, изучая микроволновые следы Большого взрыва.

Но каким-то образом перескочить из одной вселенной в другую вряд ли получится, уточняет ученый.

«Сингулярность есть начало Вселенной»

Умер Стивен Хокинг — последний великий мечтатель

Фото: Santi Visalli / Getty Images


Британский физик-теоретик Стивен Хокинг в среду, 14 марта, скончался в возрасте 76 лет. Ученый, большую часть жизни проведший в инвалидном кресле, широко известен как популяризатор науки, в последние годы большое внимание уделял таким проблемам человечества, как глобальное потепление, состояние окружающей среды и социальное неравенство. О жизни и основных научных достижениях космолога — в материале «Ленты.ру».

«Он был великим ученым и необыкновенным человеком, чья работа и наследие будут жить в течение многих лет. Его мужество и настойчивость с блеском и юмором вдохновляли людей по всему миру. Мы будем скучать по нему», — приводит заявление детей физика Роберта, Тимоти и Люси британская газета The Guardian.

Жизнь и болезнь

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 пошел по их стопам, в 1962 году окончив обучение на физическом факультете того же вуза, после чего продолжил образование в Кембриджском университете, где в 1966-м получил докторскую степень.

В 1963 году у Хокинга диагностирован боковой амиотрофический склероз. Это хроническое заболевание центральной нервной системы в дальнейшем привело к практически полному параличу ученого. В 1985 году Хокинг после воспаления легких перенес трахеостомию, вследствие чего утратил способность говорить. Тогда же ученый начал пользоваться синтезатором речи, а с 1997 года — компьютером, управляемым при помощи датчика, закрепленного у мимической мышцы щеки.

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.

Сингулярность и энтропия

Начало карьеры Стивена Хокинга пришлось на 1960-е годы, когда был проведен третий из классических экспериментов, подтверждающий справедливость общей теории относительности Альберта Эйнштейна (опыт Роберта Паунда и Глена Ребки, осуществленный в Гарвардском университете, продемонстрировал так называемое гравитационное красное смещение — изменение частоты света при его прохождении вблизи массивного объекта, например, звезды).

Когда окончательно стало ясно, что теория Эйнштейна верна, пришло время для изучения ее самых экзотических следствий: расширение Вселенной (после Большого взрыва) и возможность существования черных дыр — объектов, которые не могут покинуть попавшие в них тела или излучение.

Эволюция Вселенной после Большого взрыва

Изображение: NASA / WMAP

Большой взрыв, фактически рождение наблюдаемого мира, и черные дыры связаны с гравитационными сингулярностями — особенностью пространства-времени, где уравнения общей теории относительности приводят к некорректным с физической точки зрения решениям. Именно сингулярностям посвящены первые научные труды Хокинга. В своей диссертации Хокинг применил теоремы, сформулированные его коллегой, британским математиком Роджером Пенроузом, ко всей Вселенной.

Пенроуз первым объяснил возникновение черной дыры гравитационной сингулярностью. По Пенроузу, звезда превращается в черную дыру благодаря гравитационному коллапсу, сопровождающемуся рождением ловушечной поверхности. Теорема Пенроуза считается первым крупным математически строгим результатом теории Эйнштейна, а вклад Хокинга заключался в том, что он показал: Вселенная в момент и до Большого взрыва находилась в состоянии бесконечной плотности массы.

В начале 1970-х Хокинг с Брэндоном Картером и Дэвидом Робинсоном частично доказали гипотезу американского физика Джона Уилера, известную сегодня как теорема об отсутствии «волос» у черных дыр. Согласно теореме, изолированные незаряженные черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, характеризуются только двумя параметрами: массой и угловым моментом. «Волосы» в данном случае — все другие параметры.


«Эта теория (Эйнштейна — прим. «Ленты.ру») ведет к двум следующим предсказаниям для Вселенной. Во-первых, конечной стадией эволюции массивной звезды является коллапс за горизонт событий, при этом образуется черная дыра, внутри которой находится сингулярность. Во-вторых, в нашем прошлом существует сингулярность, которая в некотором смысле есть начало наблюдаемой Вселенной», — писали в 1973 году Хокинг и его соавтор Джон Эллис в монографии «Крупномасштабная структура пространства-времени».

В 1960-е черные дыры пытались описать не только при помощи общей теории относительности, но и методами квантовой механики. Хокинг пошел другим путем и применил к черным дырам термодинамику. Энтропия черной дыры, как установил израильский физик Якоб Бекенштейн, пропорциональна ее площади. Хокинг, систематически применяя термодинамику к черным дырам, получил точное выражение для энтропии черной дыры.

Главный результат

В 1970-е Хокинг посетил СССР и встретился с физиком Яковом Зельдовичем. В беседе с советскими учеными он узнал, что известный советский физик Владимир Грибов считает самим собой разумеющимся то, что черные дыры, вследствие вакуумных флуктуаций, могут испаряться. На горизонте событий (поверхности, ограничивающей черную дыру, проникнув в которую частица в классическом описании не может ее покинуть) образуются пары виртуальных частиц: одна из них улетает от черной дыры, другая — падает в нее, тем самым уменьшая ее массу (таково популярное объяснение излучения Хокинга, которое в действительности несколько сложнее и связано с эффектом Унру).

Порожденная квантовыми флуктуациями на планковских масштабах пространственно-временная пена (в представлении художника)

К сожалению, Грибов не опубликовал по этому поводу ни одной статьи, тогда как Хокинг количественно рассчитал тепловой спектр черной дыры. Например, температура черной дыры солнечной массы — порядка одной миллионной кельвина. Отличить столь малую температуру от шума современными астрономическими методами невозможно. Исследование, посвященное излучению черных дыр, многие считают главной работой Хокинга.

Волновая функция Вселенной

В дальнейшем ученый пытался исследовать черные дыры при помощи функционального интеграла — чрезвычайно мощного математического аппарата квантовой теории поля. К сожалению, методы, действенные в квантовой теории поля, не оказались эффективными при наивном (то есть не в рамках теории струн) описании гравитации.

Применяя квантовую механику ко всей Вселенной сразу, Хокинг также попробовал определить свойства ее волновой функции. Впервые волновую функцию мира и описывающее его уравнение рассмотрели американские физики Джон Уилер и Брюс Девитт. Хокинг вместе с соавтором Джеймсом Хартли из США предложили свою функцию, подчиняющуюся уравнению Уилера — Девитта. Таким образом они попробовали описать мир на допланковских масштабах. Из анализа такой волновой функции следовало, что в момент Большого взрыва во Вселенной было только пространство без времени.

Концепция Хокинга и Хартли допускает существование параллельных миров, для которых определена единая волновая функция. В этом многообразии вселенных наблюдаемая человеком действительность — лишь одна из возможных. По всей видимости, устройство мира несколько сложнее теорий Уилера, Девитта, Хокинга и Хартли, предполагающих существование волновой функции Вселенной, хотя дискуссии о ней продолжаются до сих пор.

Известность

Широкую известность Хокинг получил после того, как в апреле 1988 года была опубликована его научно-популярная книга «Краткая история времени». Труд, переведенный на десятки языков, издан общим тиражом более 25 миллионов экземпляров. Образ ученого в инвалидном кресле, занимающегося исследованием самых необычных свойств Вселенной, никого не оставил равнодушным.

В 1990-е годы Хокинг продолжил исследование черных дыр, предложив слабую версию принципа космической цензуры. В сильной форме утверждение о том, что в пространстве-времени невозможны голые, то есть не скрытые от внешнего наблюдателя, сингулярности, сформулировал еще в 1973 году Пенроуз. В частности, для черной дыры сингулярности должны находиться под ее горизонтом событий. Пенроуз, в отличие от Хокинга, полагает, что принцип космической цензуры выполняется сразу во всем пространстве-времени.

Малкольм Перри, Эндрю Строминжер и Стивен Хокинг (слева направо)

В последние 20 лет Хокинг интересовался информационным парадоксом черных дыр. Сначала он утверждал, что информация, переносимая попавшими в черную дыру объектами, не сохраняется, однако потом изменил свое мнение. В своих последних работах Хокинг утверждал, что информация не теряется, но трансформируется в непригодную для использования человеком форму. Именно этому посвящены, в частности, исследования, проведенные им совместно с Малкольмом Перри и Эндрю Строминжером, о которых «Лента.ру» писала ранее.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёздный стиль - женский сайт