Стівен Хокінг, фізик, який перемотав Всесвіт і очистив прискорені частинки з гарячих прикордонних областей чорних дір, сьогодні виповнюється 76 років (8 січня).
Окрім того, що є всесвітньо відомим космологом, Хокінг став чимось значком поп-культури. Він вражаюча фігура: геній згорнувся в тілі, в значній мірі знерухомлений аміотрофічним бічним склерозом, або АЛС. Його підтримують передові інвалідні візки, і він спілкується зі світом за допомогою рідкісної та спеціалізованої системи, яка перетворює рухи однієї м’язи по щоці у мову. У такому режимі він з'явився у "Зоряному шляху: Наступне покоління", "Сімпсонах" та "Теорії великого вибуху".
Але найтриваліша спадщина Хокінга буде як найважливіший фізик другої половини XX століття - дослідник, який взяв більш ранні твори таких діячів, як Альберт Ейнштейн та Вернер Гейзенберг, і в’язав їх разом у щось, що наближається до цілісного пояснення поведінки космос.
"У нашому минулому є особливість"
Жодна гарна геніальна історія не починається з нічого, ніж чуття, тому доречним, що першим великим досягненням Хокінга була також його докторська дисертація в Кембриджському університеті.
Теза Хокінга, затверджена в 1966 році, виступила з драматичним аргументом: що весь Всесвіт починається як єдина точка, нескінченно маленька і щільна і згортається на себе - точка на початку всього. Або, як він пізніше писав, лаконічно: "Є особливість у нашому минулому".
Це був перший опис Великого вибуху, як це прийнято розуміти сьогодні: нескінченно маленька точка в далеких межах часу, що ввірвалася в наш сучасний постійно зростаючий космос.
Як Хокінг описав у своїй лекції 2005 року "Походження Всесвіту", його теза дійшла до того моменту, коли вчені побачили, що величезні порожні простори космосу, прогалини між галактиками зростають. Але вони не були впевнені, чому. Деякі фізики запропонували слабкіші версії концепції Великого вибуху за вирахуванням сингулярності. Але домінуюча була інша теорія, що отримала назву Всесвітній держава.
"По мірі того, як галактики розсунулися, - сказав Хокінг про Стаціонарний Всесвіт, - ідея полягала в тому, що нові галактики утворюватимуться з речовини, яка повинна постійно створюватися у просторі. Всесвіт існував би назавжди і виглядав би так само всі часи ».
Іншими словами, багато вчених думали, що Всесвіт розширюється, але таким чином, що це не дало йому початку і не кінця.
Як писала біограф Кітті Фергюсон у своїй книзі "Стівен Хокінг: Неспокійний розум" (Сент-Мартін Гриффін, 2012), Хокінг боровся з депресією у місяці після діагнозу АЛС 1963 року у віці 21 року, і якщо психічне захворювання зберігалося, він може ніколи не дійшли до його тези. Але його депресія вщухла, коли стало зрозуміло, що він пережив очікування, і коли йому було надано виняток із правил Кембриджу, що регулюють аспірантів, дозволяючи йому одружитися на першій дружині Джейн Уайльд, за словами Фергюсона.
У той період, перш ніж він потрапив до докторської дисертації, Хокінг повідомив, що відчуває розчарування від того, як дослідники займалися роботою, яку він вважав остаточно тривіальною.
"Люди були із задоволенням знайшли рішення для польових рівнянь; вони не запитували, яке фізичне значення, якщо таке є,", пізніше він сказав у своїй лекції з дня народження 2002 року.
Це розчарування привело його до його першої кисті з відомістю. Як розповів Фергюсон, Хокінг подорожував у червні 1964 року, щоб прочитати лекцію від Фреда Хойла, відомого астронома і прихильника теорії Всесвітньої стійкої держави. Під час лекції Хокінг настільки засмутився, що він піднявся на ноги, спираючись на тростину, щоб оскаржити один з результатів Хойла.
"Здивований Хойл запитав Хокінга, як він міг судити, чи результат був правильний чи неправильний", - написав Фергюсон. "Хокінг відповів, що" це розробив ".
Публіка була вражена, і Хойл був "розлючений" цим невідомим аспірантом, який, здавалося, на лекції зірвав дослідження професора в голові, пише Фергюсон. (Насправді Хокінг подружився з одним зі студентів Хойла і почав атакувати ідею задовго до лекції.)
Незабаром, писав Фергюсон, Хокінг дізнався про космологічну теорію, розроблену математиком Роджером Пенроузом: що особливості, точки нескінченної щільності та кривизни простору-часу, теоретизовані в загальній відносності, можуть насправді з'являтися, коли на них розвалюються достатньо великі зірки.
"Хокінг злетів звідти, - писав Фергюсон," перевернув напрямок часу і розглядав, що буде, якщо точка нескінченної щільності і нескінченного викривлення простору-часу - особливості - вибухне назовні і розшириться. Припустимо, Всесвіт почав як Припустимо, простір-час, згорнувшись туго у крихітній безрозмірній точці, вибухнув у тому, що ми називаємо Великим вибухом, і розширився, поки не виглядає так, як це робиться сьогодні. Чи може це сталося так? Потрібно це сталося так? "
Хокінг прийшов на роботу, підкріплюючи свій порядок спекуляцій надійними підрахунками. Його докторська дисертація, заснована на цих розрахунках, була затверджена в 1966 році. Ці розрахунки разом з подальшими дослідженнями, проведеними у партнерстві з Пенроузом протягом наступного десятиліття, стали основою сучасного розуміння вченими Великого вибуху.
Приблизно в той же час деякі ключові прогнози теорії Всесвітнього сталого світу почали провалюватися в експериментальних випробуваннях, цементуючи статус Хокінга як відкривача справжньої історії раннього Всесвіту.
Вибухи в чорній дірі?
Якби єдиним досягненням Хокінга в його кар'єрі було відкриття історичної форми Всесвіту, він все одно був би гігантом - такою людиною, яку згадували поряд з Розалінд Франклін, яка відкрила форму ДНК подвійної спіралі, або Ніколаус Коперник, який перший запропонував геліоцентрична модель Сонячної системи. Але це було лише першим із двох визначальних досягнень Хокінга.
Друга, радіація Хокінга, потребує трохи розуміння двох речей: чорних дір та квантової механіки порожнього простору.
По-перше, про чорні діри: Чорна діра - це зірка, яка обвалилася на собі і стала настільки гравітаційно інтенсивною, що навіть світло не може уникнути області навколо її центру. Поза межами цієї точки, що називається горизонтом подій, простір-час настільки вигнутий, що все, що потрапляє за плащ, втрачається назавжди. Чорна діра, згідно з цим розумінням на початку 1970-х, ніколи не випромінює світла, ніколи не скорочується, ніколи не втрачає маси; вона лише набирає масу і залучає більше місця на свою оповиту територію.
По-друге, про квантову механіку: До моменту кар’єри Хокінга вчені давно знали, що принцип невизначеності Гейзенберга означає, що порожній простір насправді не порожній. Натомість він прокручується з "віртуальними" частинками - парами матерії-антиматерії, які з'являються разом, відокремлюються, а потім врізаються одна в одну і знищуються через проміжок часу, занадто короткий для вимірювання. (Вчені стверджують, що ці віртуальні частинки насправді існують або з'являються лише у квантових рівняннях через їх дивну, ймовірнісну природу.)
Наприкінці літа 1973 року Стівен та Джейн Хокінг відвідували серію лекцій у Варшаві, Польща, відзначаючи 500-річчя Коперника, пише Фергюсон. Там Хокінг зіткнувся з двома радянськими фізиками, Яковом Борисовичем Зельдовичем та його учнем Олексієм Олександровичем Старобінським, які показали, що енергія прядіння чорних дір створюватиме частинки просто поза їхніми горизонтами подій. Ці частинки будуть виходити в космос, - сказали Зельдович і Старобінський у своїй лекції, перекопуючи частину спіну чорної діри, коли вони йшли. Зрештою, сказали Зельдович і Старобінський, чорні діри перестануть крутитися.
Ідея застрягла в голові Хокінга, написав Фергюсон, і він повернувся в Кембридж, щоб повторити і уточнити розрахунки Зельдовича і Старобінксі. Але коли він узяв перші результати, їх щось розгорнулося.
"Я здивував, на моє здивування і роздратування, що навіть неротуючі чорні діри повинні, мабуть, створювати і випромінювати частинки з постійною швидкістю", - пізніше він написав у своїй книзі 1988 року "Коротка історія часу".
Ось чому, як він пояснив у цій книзі:
Якщо в космосі існують чорні діри і мають визначений горизонт подій, і якщо простір постійно обертається віртуальними "парами самознищуючих частинок, то іноді ці частинки повинні виникати прямо на краях горизонтів подій чорних дір. Насправді деякі з цих пар частинок повинні бути ідеально розташовані з однією частиною антиматеріальної речовини з негативною масою, розділеною на одній стороні горизонту події, а інша частинка речовини з позитивною масою розділена на іншу сторону.
Ця дивна обставина фактично "прискорить" частинки від їх віртуального напівіснування до повної реальності, зрозумів Хокінг, оскільки вони розділилися б досить, щоб не знищити їх. Це означало, що частинки енергії та маси з'являться з поверхні горизонтів подій чорних дір. І той потік енергії, випромінюючий назовні від того, що раніше фізики вважали, що це вічно темні тіла, отримав назву випромінювання Хокінга, після того як він описав це в документі 1974 року в "Природі" під назвою "Вибухи в чорній дірі?"
Випромінювання Хокінга глибоко змінило спосіб, як фізики зрозуміли Всесвіт. Перш ніж усвідомити Хокінга, вчені вважали, що будь-яка матерія чи енергія, загублена до чорної діри, назавжди пішла з ширшого Всесвіту, таким чином, що горизонти подій чорних дір будуть виступати стінами, поза якими деякі речі Всесвіту ніколи не повернуться.
Але відкриття Хокінга показало, що чорні діри з часом розпадаються все швидше і швидше. Для кожної позитивної частинки, яка витікала з поверхні горизонту події у ширший Всесвіт, негативна частинка з негативною енергією та масою потрапляла б назад у простір поза горизонтом подій, зменшуючи загальну масу та енергію, зафіксовану там. З часом цей процес призведе до скорочення чорних дір. І коли вони скорочуються, вони стануть активнішими з радіацією Хокінга і скорочуються швидше.
Хокінг передбачив, що Всесвіт повинна містити "споконвічні чорні діри", що виникли не зірками, що розвалюються, а з крайнього тиску раннього Всесвіту. Ці чорні діри, міркував він, значно зменшилися б протягом мільярдів років, і їх невеликий кругозір подій витіснив би потужні промені випромінювання Хокінга.
"Такі дірки навряд чи заслужили чорний: вони є насправді білий гарячий", - написав він у" Короткій історії часу ".
Врешті-решт, Хокінг вирішив, що вони вибухнуть.
Коли Хокінг почав ділитися цією ідеєю, Фергюсон писав у "Нескореному розумі", його однолітки сприймали це як блискуче, чи єретично. Коли Пенроуз почув шепіт, він покликав Хокінга саме тоді, коли фізик сидів до обіду в 1974 році і вітав його так довго, що його вечеря застудилася. Але через кілька місяців модератор симпозіуму, де Хокінг представив свою пропозицію, піднявся, оголосивши це "повним сміттям".
Сьогодні це вважається основним науковим фактом.
Поза чорними дірами
За чотири з половиною десятиліття після "Чорних дір вибухів?" Хокінг продовжував публікувати дослідження, що займають основи всесвіту - включаючи ідеї, що атакують його власні попередні внески. (Дивіться, наприклад, приголомшливий заголовок 2014 року в природі "Стівен Хокінг: Немає чорних дірок".)
Хокінг став найвідомішим у своїй подальшій кар’єрі наукового комунікатора. Він продовжив свою класику «Коротка історія часу» 1988 року з ще 10 науково-популярних праць та спогадом під назвою «Моя коротка історія» (Довільний дім, 2013).
Неможливо говорити про величезний внесок Хокінга в людське розуміння Всесвіту, не визнаючи контексту його довгозахисного здоров’я. Два семінарних внески Хокінга з фізики з'явилися в той самий період, коли він перетворився з молодої людини, яка вміла ходити самостійно, до чоловіка, який був прикутий до інвалідного візка, затуманив свою промову і покладався на дружину, щоб переписати свої думки. .
ALS паралізує тіло, але - принаймні, у випадку Хокінга - це не шкодить розуму. І для цього, писав Фергюсон, Хокінг давно вважав себе "найвищим щасливцем".
"Це було правдою в 1964 році, і саме сьогодні, - писав Фергюсон, - що стосується Хокінга, то менше його фізичних проблем, тим краще. Я впізнав у 1989 році під час інтерв'ю для своєї першої книги про нього, що якби я писав про його наукову роботу і не зазначив цілком, що таке виконання роботи, можливо, було б для нього більше досягненням, ніж було б для більшості людей, то це було б йому добре ".
Хокінг виявився найбільш комфортним для обговорення інвалідності в контексті його активізму, що було суттєвим. У 1999 році він приєднався до групи з 12 видатних діячів, включаючи південноафриканського активіста Десмонда Туту, підписавши хартію, в якій закликав уряди світу перетворити стосунки зі своїм інвалідом та розширити послуги, що покращують життя людей з обмеженими можливостями.
Хокінг також був видатним захисником універсальної медичної допомоги та Національної служби охорони здоров'я Сполученого Королівства (NHS), ідучи так далеко, щоб напасти на міністра охорони здоров'я Консервативної партії Джеремі Ханта у промові в серпні 2017 року за недостатнє фінансування та підтримку програми.
"Я не був би тут без NHS", - сказав Хокінг.
Хокінг, як правило, привертає найбільшу увагу до своїх ідей щодо майбутнього людства, коли коментує штучний інтелект або прибульців. Але основна частина його висловлювань на цю тему була більш суттєвою: протистояння війнам, побоюючись, що звільнення президента США Дональда Трампа від зміни клімату може завдати шкоди планеті та приєднатися до глобального академічного бойкоту Ізраїлю.
Live Science бажає Хокінгу дуже щасливого дня народження та багато іншого.
