Все о жизни Стивена Хокинга
Немало известно случаев, когда природа, отнимая здоровье какого-либо органа, компенсировала его недюжинными, чуть ли не приравненными к сверхспособностям, возможностями других участков тела.
Зачастую такое замещение наблюдается в физическом плане, но нельзя не выделить одного из гениев нашего времени – инвалида, прикованного к коляске, практически лишенного возможности нормального общения – Стивена Хокинга. Этого величайшего ученого, внесшего огромный вклад в сразу несколько наук, по праву причисляют к самым умным людям на планете.
Краткая биография
Хокинг первым изложил теорию космологии, объединяющую общую теорию относительности и квантовую механику. Он был энергичным сторонником многомерной интерпретации квантовой механики. Являлся почетным членом Королевского общества искусств (FRSA), пожизненным членом Папской академии наук и получателем президентской медали свободы, самой высокой гражданской награды в Соединенных Штатах. В 2002 году Хокинг занял 25-е место в опросе BBC в списке из 100 величайших британцев. Работал профессором математики в Кембридже с 1979 по 2009 год.
Хокинг умер 14 марта 2018 года, в возрасте 76 лет.
Физика
Основная специализация Стивена Хокинга – космология и квантовая гравитация. Учёный исследовал термодинамические процессы, возникающие в кротовых норах, чёрных дырах и тёмной материи. Его именем названо явление, описывающее и характеризирующее «испарение черных дыр» — «излучение Хокинга».
В 1974 году Стивен и еще один известный в то время специалист Кип Корн поспорили о природе космического объекта Лебедь «Х-1» и его излучении. Стивен, умудряясь противоречить собственным исследованиям, доказывал, что этот объект не является черной дырой. Однако, потерпев поражение, отдал в 1990 году выигрыш победителю спора. Следует отметить, что ставки молодых парней были довольно «серьёзными». Стивен Хокинг поставил на кон свою годовую подписку на эротический глянцевый журнал «Penthouse», а Кип Корн – четырехлетнюю подписку на юмористический журнал «Private eye».
Стивен Хокинг | NewsMir.info
В 1997 году Стивен Хокинг заключил еще одно пари, но теперь вместе с Кипом Торном против Джона Филиппа Прескилла. Спорная дискуссия стала отправной точкой в революционном исследовании Стивена Хокинга, с докладом о котором он выступил на специальной пресс конференции 2004 года. По мнению Джона Прескилла, в волнах, которые излучают чёрные дыры, есть некая информация, которую невозможно расшифровать.
Хокинг противоречил данному доводу, опираясь на результаты проведенных исследований 1975 года. Он утверждал, что информацию невозможно подвергнуть расшифровке, поскольку она попадает во Вселенную, параллельную нашей галактике.
Стивен Хокинг | Biographera.net
Позже, в 2004 году, в рамках пресс-конференции в Дублине на тему космологии Стивен Хокинг выдвинул новую теорию о природе черной дыры. Этим заключением Хокинг снова потерпел поражение в споре, вынужденно признав правоту оппонента. В своей теории физик все-таки доказал, что информация не исчезает бесследно, но однажды покинет чёрную дыру вместе с термическим излучением.
Стивен Хокинг является автором нескольких документальных фильмов о Вселенной.
В 2015 году состоялась премьера полнометражного художественного фильма «Вселенная Стивена Хокинга», в которой молодого учёного исполнил выдающийся голливудский актёр Эдди Редмэйн, по мнению продюсеров, идеально подходящий на эту роль. Фильм разошелся на цитаты, которые активно использует британская молодежь.
Эдди Редмэйн в роли Стивена Хокинга | Elle
Кинокартина в режиссёрской работе Джеймса Марша содержит подлинную историю Стивена, рассказывает о его непростых отношениях с первой женой Джейн Уайльд. Молодой актёр, исполнивший роль легендарного учёного и космолога Стивена Хокинга, после премьеры получил «Оскар» за лучшую мужскую роль первого плана.
Болезнь
В 1962 году Стивен с отличием окончил Оксфорд и поступил в Кембриджский университет, чтобы защитить степень доктора наук. К этому времени у него уже стали проявляться признаки страшной болезни, которая вскоре кардинально изменила его жизнь и сделала Хокинга инвалидом.
Поначалу юноша начал замечать, что его движения стали неловкими и разбалансированными, затем стал падать в обмороки, после которых долго не мог прийти в себя и не понимал, где находится. Некоторое время ему удавалось скрывать от семьи проблемы со здоровьем, однако болезнь прогрессировала, и вскоре всем стало очевидно, что он серьезно болен.
Обследование показало, что у Стивена в его 22 года развивается боковой амиотрофический склероз, также известный как заболевание моторных нейронов, ведущее к полному параличу и скорой смерти.
Врачи дали молодому Хокингу два года жизни. Заключение врачей повергло юношу в состояние глубокой депрессии – он замкнулся в себе, ни с кем не общался, да и вся семья была в шоке от происходящего.
Стивен как раз собирался жениться на Джейн Уайлд, ему прочили большое будущее. А теперь радужные планы рушились на глазах. Стивен был подавлен и не понимал, что ему делать. Он больше не видел смысла в продолжении научных исследований, докторская степень тоже казалась ему ненужной и бесполезной. Хокинг сутками слушал Вагнера и готовился к скорой смерти, но судьба распорядилась иначе и дала ему возможность вернуться к полноценной жизни, хоть и в инвалидном кресле, к которому Стивен оказался прикован в 1969 году.
Джейн не испугалась диагноза. 14 июля 1965 года они поженились, а два года спустя у них родился первенец Роберт. Супруга стала для Стивена верным другом, преданным соратником и любящей женой.
Хокинг продолжил обучение и получил степень доктора физики в Кембридже. В 1966 году его эссе о сингулярности «Сингулярности и геометрия пространства-времени» было отмечено премией Адамса, которую вручают лучшим молодым ученым-математикам Британии.
Супругам пришлось вместе пережить немало тяжелых моментов – в 1985 году Стивен тяжело заболел пневмонией и после проведенной трахеостомии практически полностью утратил способность говорить. Для коммуникации в его инвалидную коляску был вмонтирован специальный компьютер с синтезатором речи. Поначалу Хокинг управлял им с помощью пальца правой руки, а когда и он полностью атрофировался – мышцей щеки, к которой был прикреплен специальный датчик.
Влюбленность и помолвка стали мощной мотивацией для Хокинга – ему необходимо было получить докторскую степень и найти хорошую работу, чтобы содержать семью. Впрочем, материальная сторона вопроса всегда была на втором месте. Ученый не раз говорил, что интерес к исследованию тайн нашей вселенной для него значит несоизмеримо больше, чем любые награды и деньги. Он возобновил свои исследования в области теории Большого взрыва. Научные обоснования возможного происхождения вселенной помогли молодому ученому не только успешно защитить диссертацию, но и получить грант для дальнейших исследований.
Как Хокинг проиграл подписку на «Пентхаус»
С годами болезнь оставляла Стивену Хокингу всё меньше возможностей. В последние годы подвижность осталась лишь в мимической мышце щеки, напротив которой закреплён датчик. С его помощью физик управляет компьютером, позволяющим ему общаться с окружающими.
После операции в 1985-м и потери речи у Хокинга постепенно ухудшились отношения с супругой. В 1990 году, после четверти века совместной жизни, они стали жить раздельно, а затем развелись. И в 1995 году учёный… женился на своей сиделке. Брак с Элайн Мэсон продлился 11 лет, после чего физик разошёлся и с этой своей пассией.
«А похоже, этот парень парализован только сверху», — с некоторой завистью стали писать о личной жизни Хокинга вполне здоровые мужчины, не имеющие успеха у дам.
Ещё в 1974 году Стивен Хокинг и его коллега Кип Торн сошлись в споре природы объекта Лебедь X-1 и природы его излучения. Хокинг был уверен, что объект не является чёрной дырой, Торн был уверен в обратном. В 1990 году Хокинг признал, что был не прав и вручил Торну его выигрыш — годовую подписку на мужской журнал «Пентхаус».
Для Хокинга, лауреата всех мыслимых и немыслимых наград (за исключением, пожалуй, Нобелевской премии), подобное отношение к науке совершенно нормально.
Эйнштейн, теория относительности и ошибки GPS
Общая теория относительности была сформулирована Эйнштейном еще в начале XX века. Стивен Хокинг не только относил себя к числу популяризаторов данной теории, но и сумел предостеречь производителей спутниковых навигационных систем от глобальных ошибок.
Чем ближе объект к Земле, тем медленнее для него протекает время. Учитывая разницу в расстоянии, на которой спутники находятся друг от друга, каждый из них будет воспринимать время по-своему.
Исследование Хокинга подтвердило, что пренебрежение этим научным фактом может привести к ошибкам в GPS-навигации и накапливающейся погрешности, которая бы привела к снижению точности до 10 километров в сутки.
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.
Часть вторая: Излучение Хокинга
Новые работы Стивена Хокинга
Дальнейшая работа Хокинга в области стрел времени привела к публикации в 1985 году теории, что если его предположение об отсутствии границы (у черной дыры — как отсутствие границы у северного полюса: это пересечение линий) верно, то когда Вселенная прекратит расширяться и коллапсирует, время пойдет вспять. Позже он отказался от этой теории после того, как независимые вычисления ее оспорили, но она обеспечила ценный взгляд на возможную связь времени и расширения космоса.
В 1990-х годах Хокинг продолжал публиковать и читать лекции о своих теориях относительно физики, черных дыр и Большого Взрыва. В 1993 году он стал одним из редакторов книги по евклидовой квантовой гравитации вместе с Гари Гиббонсом, над этой теорией они работал в конце 70-х. Согласной этой теории, гравитационное поле черной дыры можно оценить с помощью функционального интегрального подхода, таким образом, избежав сингулярностей.
Изучение черных дыр было главной задачей Хокинга.
В том же году был опубликован сборник популярных эссе, интервью и бесед под названием «Черные дыры и молодые вселенные». В 1994 году Хокинг и Пенроуз прочитали серию из шести лекций в Институте Ньютона в Кембридже, которые позже были опубликованы под названием «Природа пространства и времени».
Личная жизнь Стивена Хокинга
В 90-х в личной жизни Хокинга тоже произошли серьезные изменения. В 1990 он и Джейн Хокинг начали бракоразводный процесс после множества лет напряженных отношений, связанных с его инвалидностью, постоянным присутствием опекунов и его статусом знаменитости. В 1995 году Хокинг женился на Элейн Мейсон, которая много лет была его сиделкой.
В 2000-х Хокинг выпустил много новых книг и переизданий старых. Среди них «Мир в ореховой скорлупке» (2001), «Кратчайшая история времени» (2005) и «Бог создал целые числа» (2006). Вместе с Джимом Хартлом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и ЦЕРН Хокинг начал разработку новых космологических теорий.
Одной из самых интересных стала «космология сверху-вниз», согласно которой Вселенная имела не одно, а много уникальных изначальных состояний, а значит пытаться вывести современное состояние Вселенной из единого изначального состояния нецелесообразно. В соответствии с квантовой механикой, такая космология подразумевает, что настоящее «выбирает» прошлое из суперпозиции множества возможных историй.
При этом теория также предложила возможное решение «вопроса тонкой настройки», который адресован к возможности существования жизни лишь при определенным образом сложившихся физических ограничениях. Предлагая эту новую модель космологии, Хокинг открыл возможность того, что жизнь может быть намного более разнообразной, чем думали раньше.
В 2006 году Хокинг и его вторая жена Элейн Мейсон тихо развелись, а Хокинг возобновил тесные отношения с его первой женой Джейн, его детьми (Робертом, Люси и Тимоти) и внуками. В 2009 году он ушел с поста Лукасовского профессора математики, поскольку того требовали правила Кембриджского университета. Хокинг продолжил работу в качестве научного директора отделения прикладной математики и теоретической физики Кембриджского университета, где и работает до сих пор, не собираясь на пенсию.
Излучение Хокинга и информационный парадокс черных дыр
В начале 70-х Хокинг начал работу над «теоремой об отсутствии волос». Основываясь на уравнениях гравитации и электромагнетизма Эйнштейна — Максвелла в общей теории относительности, теория утверждала, что все черные дыры можно полностью охарактеризовать тремя наблюдаемыми извне классическими параметрами: массой, электрическим зарядом и угловым моментом.
Хокинг и микрогравитация (Vomit Comet)
По такому сценарию, вся другая информация о материи, которая образовала черную дыру или падает в нее (для которой используются «волосы» как метафора), «исчезает» за горизонтом событий черной дыры и, следовательно, сохраняется, но будет недоступна для внешних наблюдателей.
В 1973 году Хокинг ездил в Москву и виделся с советскими учеными Яковом Зельдовичем и Алексеем Старобинским. В ходе дискуссий с ними об их работе, они показали ему, как принцип неопределенности приводит к тому, что черные дыры должны излучать частицы. Это поставило под вопрос второй закон термодинамики черной дыры Хокинга (то есть черные дыры не могут становиться меньше), поскольку за счет энергии они должны терять и массу.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Более того, это поддерживало теорию, выдвинутую Якобом Бекенштейном, аспирантом Университета Джона Уилера, что черные дыры должны иметь конечную ненулевую температуру и энтропию. Все это противоречило «теореме об отсутствии волос». Хокинг вскоре пересмотрел свою теорему, показав, что когда учитываются квантово-механические эффекты, оказывается, что черные дыры испускают тепловое излучение определенной температуры.
В 1974 году Хокинг представил свои выводы и показал, что черные дыры излучают радиацию. Этот эффект стал известен как «излучение Хокинга» и сначала был противоречивым. Но к концу 70-х и после публикации дальнейших исследований открытие было признано в качестве существенного прорыва в области теоретической физики.
Минусы теории Хокинга
Тем не менее одним из следствий такой теории было то, что черные дыры постепенно теряют массу и энергию. Из-за этого черные дыры, которые теряют больше массы, чем приобретают, должны сжиматься и в конечном счете исчезать — сейчас это явление известно как «испарение» черной дыры.
В 1981 году Хокинг предположил, что информация в черной дыре необратимо теряется, когда черная дыра испаряется, что стало известно как «информационный парадокс черной дыры». Он утверждал, что физическая информация может навсегда исчезнуть в черной дыре, позволяя множеству физических состояний приходить к единому.
Теория оказалась спорной, поскольку нарушала два фундаментальных принципа квантовой физики. Квантовая физики утверждает, что полная информация физической системы — состояние ее материи (масса, положение, спин, температура и т. п.) — закодирована в ее волновой функции до тех пор, пока функция не коллапсирует. Это, в свою очередь, приводит к двум другим принципам.
Первый — квантовый детерминизм — утверждает, что — учитывая настоящую волновую функцию — будущие изменения уникально определяются оператором эволюции. Второй — обратимость — утверждает, что оператор эволюции имеет обратную сторону, а значит прошлые волновые функции также уникальны. Сочетание этих принципов приводит к тому, что информация о квантовом состоянии материи всегда должна сохраняться.
Хокинг в Белом доме на вручении Медали свободы
Предположив, что информация исчезает после испарения черной дыры, Хокинг по сути создал фундаментальный парадокс. Если черная дыра может испаряться, тем самым приводя к исчезновению всей информации о квантовой волновой функции, тогда информация может быть в принципе утрачена навсегда. Этот вопрос стал предметом дискуссий среди ученых и остается практически нерешенным по сей день.
И все же к 2003 году среди физики сложился определенный консенсус на тему того, что Хокинг был неправ о потере информации в черной дыре. На лекции в Дублине в 2004 году он признал, что проиграл пари на эту тему Джону Прескиллу из Калтеха (которое заключил в 1997 году), но описал собственное и несколько спорное решение проблемы парадокса: возможно, черные дыры могут иметь больше чем одну топологию.
В центре огромной галактики обнаружена самая большая черная дыра
В работе 2005 года, которую он опубликовал на эту тему — «Потеря информации в черных дырах», — он утверждал, что информационный парадокс объясняется изучением всех альтернативных историй вселенных, когда информационная потеря в одной с черными дырами компенсируется в другой без них. В итоге в январе 2014 года Хокинг назвал информационный парадокс черной дыры своей «крупнейшей ошибкой».
В дополнение к расширению нашего понимания черных дыр и космологии с применением ОТО и квантовой механики, Стивен Хокинг также сыграл важную роль в привлечении к науке широкой аудитории. За свою долгую научную карьеру он также опубликовал много популярных книг, много путешествовал и читал лекции, появлялся на телешоу и в фильмах.
Кем работал Стивен Хокинг
За время своей карьеры Хокинг также стал заслуженным педагогом, лично выпустив 39 успешных студентов с докторской степенью. Его имя останется и в истории поиска внеземного разума, и развитии робототехники и искусственного интеллекта. 20 июля 2015 года Стивен Хокинг помог запустить Breakthrough Initiatives, инициативу поиска внеземной жизни во Вселенной.
Вне всяких сомнений, Стивен Хокинг — один из самых известных ученых, живущих сегодня. Его работа в области астрофизики и квантовой механики привела к прорыву в нашем понимании пространства и времени, а также породила множество споров среди ученых. Едва ли кто-нибудь из живущих ныне ученых сделал столько для привлечения внимания широкой публики к науке.
Почему квантовая физика сродни магии?
Есть в Хокинге что-то от его предшественника Альберта Эйнштейна — другого влиятельного и знаменитого ученого, который сделал все для борьбы с невежеством и развития науки. Но особенно впечатляет то, что все, что Хокинг делал в своей жизни (с определенного момента), происходило в упорной борьбе с дегенеративным заболеванием. (Почитайте, например, историю его знаменитого голоса и как он умудряется писать книги, оставаясь совершенно недвижимым).
Больше 52 лет Хокинг прожил с болезнью, которая, по мнению врачей, должна была унести его жизнь за 2 года. И когда наступит день, когда Хокинга уже не будет с нами, время, несомненно, поместит его рядом с такими людьми, как Эйнштейн, Ньютон, Галилей и Кюри, в качестве одного из величайших ученых в истории человечества.
