Стивен Хокинг. Чем запомнилась «ярчайшая звезда современной космологии»

Редакционный материал

Сегодня на 77 году жизни скончался величайший британский физик-теоретик, космолог и популяризатор науки Стивен Хокинг. «Сноб» рассказывает о сути некоторых его открытий

14 Март 2018 21:28

Забрать себе

Фото: Flickr

1. Излучение Хокинга

Ученые предполагают, что во Вселенной около 100 миллионов черных дыр, масса которых сравнима с массами звезд, — но мы не знаем о них практически ничего. Какие законы действуют внутри этих объектов? Из чего состоят черные дыры? Что такое сингулярность — область, которая находится внутри черной дыры? Способна ли черная дыра что-то излучать или она лишь поглощает все, что находится в непосредственной близости, будь то мельчайшие частицы или объекты планетарного масштаба?

На один из этих вопросов ответил Стивен Хокинг. В 1975 году он опубликовал статью, в основу которой легло обсуждение квантовых эффектов вблизи черных дыр с Александром Старобинским, основоположником теории ранней Вселенной, и Яковом Зельдовичем, одним из создателей атомной и водородной бомб. Беседа состоялась в Москве в 1973 году.

Согласно предположению Хокинга, черная дыра — объект, который с точки зрения квантовой механики способен не только поглощать, но и излучать элементарные частицы. Речь идет преимущественно о фотонах, или квантах света. Дело в том, что вблизи черных дыр происходит рождение пар виртуальных частиц. Для их рождения необходима энергия, которая черпается из массы черной дыры. Зачастую после рождения частиц одна из них падает в черную дыру. При этом, если опускать множество подробностей, происходит уменьшение массы черной дыры. Возникающий таким образом поток частиц называют излучением Хокинга. Чем больше частиц рождается, тем интенсивнее уменьшается масса черной дыры — фактически, она испаряется.

У черной дыры на близких расстояниях очень сильная гравитация, так что никакие сигналы, даже свет, просто не смогут выйти из-под горизонта событий — математической границы черной дыры

Нужно отдельно отметить, что излучение Хокинга пока является гипотезой из-за его квантовой природы. Но уже сегодня ученые возлагают большие надежды на исследования окрестностей сверхмассивных черных дыр при помощи интерферометров — возможно, именно они помогут зафиксировать излучение Хокинга в будущем.

Ошибались ли ученые до Хокинга, когда утверждали, что черная дыра способна только поглощать, но не способна ничего излучать? Они не рассматривали эти объекты в рамках законов квантовой механики, а справедливо отмечали, что у черной дыры на близких расстояниях очень сильная гравитация, так что никакие сигналы, даже свет, просто не смогут выйти из-под горизонта событий — математической границы черной дыры.

«Сам Эйнштейн не смог принять квантовую механику из-за связанного с ней элемента случайности и неопределенности. Он сказал: Бог не играет в кости. Похоже, что Эйнштейн ошибся дважды. Квантовый эффект черной дыры позволяет предположить, что Бог не только играет в кости, но и иногда бросает их туда, где их нельзя увидеть», — это одно из самых знаменитых высказываний Стивена Хокинга.

2. В начале была сингулярность

Стивен Хокинг совместно с математиком и физиком Роджером Пенроузом смогли доказать, что возникновение черной дыры связано с гравитационной сингулярностью. Гравитационная сингулярность — это такие области пространства-времени, где не работают привычные для нас законы физики. Здесь события, для которых предсказан некоторый сценарий, будут разворачиваться совсем иначе. По Хокингу и Пенроузу, это означало, что именно в этой точке уравнения общей теории относительности будут решены некорректно. Пенроуз стал первым ученым, который в своих работах связал возникновение черной дыры и гравитационную сингулярность. А позднее Хокинг применил сформулированные Пенроузом теоремы ко всей Вселенной и пришел к выводу, что в начале своего существования, до Большого взрыва, Вселенная представляла из себя массу бесконечной плотности. Именно Стивен Хокинг предположил, что энергия для большого взрыва образовалась вследствие взрыва миллионов черных дыр. Объяснить сингулярности, которые описаны в работах Пенроуза и Хокинга, современная физика пока никак не может. Именно поэтому мы пока не можем предполагать, что именно происходило до Большого взрыва.

«Сингулярность Большого взрыва должна была существовать при выполнении всего двух условий: что общая теория относительности верна и что Вселенная содержит столько материи, сколько мы наблюдаем», — цитата из книги Стивена Хокинга «Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной».

3. Черная дыра — место забвения Вселенной

На основе открытия об испарении черных дыр (так называемом излучении Хокинга), ученый сформулировал теорию, которая сегодня известна как Парадокс Хокинга. Суть ее заключается в следующем: при попадании в черную дыру любая информация, будь то поток электромагнитных волн, космический корабль или даже целая планета, действительно пропадает. Это означает, что даже излучение не несет никакой информации об этом объекте. Стоит объекту оказаться за горизонтом событий (математическая граница черных дыр), как черная дыра лишает его всех свойств, за исключением массы. Таким образом, мы никогда не сможем узнать не только о том, что находилось внутри черной дыры, но и какими свойствами кроме массы эти объекты обладали. Так что отличить по каким-либо признакам черную дыру одной массы от черной дыры другой массы невозможно.

Подготовила Василиса Бабицкая

Лого Телеграма Читайте лучшие тексты проекта «Сноб» в Телеграме

Читайте также

Юлия Дудкина узнала, чего стоит таким людям общение и каким бедствием могут обернуться обыденные вещи, такие как еда или секс
Они существуют, растут и могут принести пользу народному хозяйству

Новости партнеров

«Плоть, почти что ставшая духом…» Анна Ахматова В начале 6 века римский аристократ Боэций, заключенный в…
0 комментариев

Хотите это обсудить?

Войти Зарегистрироваться