Излучение хокинга – все о космосе

Стивен Хокинг выяснил, куда ведут черные дыры

Знаменитый британский физик Стивен Хокинг пересмотрел свои прежние теории и дал правдоподобное объяснение природе черных дыр.

Неизвестно, смотрел ли Хокинг недавний блокбастер Кристофера Нолана Интерстеллар, и если смотрел, то что он думает о возможности попавшего в черную дыру отца оправлять своей дочери сообщения через пространство и время.

Однако, новая теория Хокинга о черных дырах также затрагивает способность черных дыр необычным образом обращаться с информацией, которая в них… проваливается.

В январе 2016 года Хокинг в очередной раз попал в заголовки ведущих СМИ планеты. Тогда он заявил, что нашел возможное решение парадокса черных дыр, т.е. смог объяснить, как черные дыры могут одновременно стирать информацию и сохранять ее.

Работа Хокинга была опубликована на сайте ArXiv.org, что позволило другим физикам ознакомиться с ней и высказать критические замечания. И вот шесть месяцев спустя, не встретив серьезного сопротивления мировой научной элиты, теория Хокинга была опубликована в авторитетном журнале Physical Review Letters.

Вместе со своими соавторами – Эндрю Строминжером из Гарвардского университета и Малколмом Перри из Кэмбриджского университета – Хокинг утверждает, что черные дыры представляют собой не что иное, как порталы в иную Вселенную.

Мы попробовало проследить за ходом мысли Хокинга и разобраться, почему его новая теория считается событием в мире физики.

Вечная память?

Нынешние представления о черных дырах сформированы на базе общей теории относительности Эйнштейна.

Согласно устоявшимся представлениям, все, что пересекает горизонт событий на краю черной дыры, бесследно исчезает.

Даже свет не может избежать такой участи. Собственно, поэтому черные дыры и получили свое название. Ведь они поглощают свет, и мы их не способны увидеть.

Однако, в 1970-х британский физик Стивен Хокинг предположил, что есть нечто, способное “убежать” от черной дыры благодаря законам квантовой механики. Это нечто – радиация.

Если постараться пересказать эту теорию Хокинга простым языком, то получается примерно следующее. Когда черная дыра “заглатывает” одну половину пары частица-античастица, то другая половина возвращается обратно в космос в виде радиационной частицы, унося с собой небольшую частицу энергии черной дыры.

Вода камень точит, как говорится

Поэтому и даже ничтожный отток энергии рано или поздно может привести к исчезновению черной дыры. И ее единственным следом останется электромагнитная радиация, которую излучала эта дыра. Это явление получило названия “излучение Хокинга”.

Проблема заключается в том, что согласно подсчетам Хокинга, радиация не может содержать никакой ценной информации о том, что “заглатывала” черная дыра за время своего существования. Иными словами, вся информация теряется навсегда.

А это утверждение вступает в противоречие с представлениями современной физики о том, что время всегда можно повернуть вспять.

По крайней мере, в теории все процессы во Вселенной должны выглядеть одинаково вне зависимости от того, движется ли время вперед или назад.

На первый взгляд, это звучит странно. Но если сравнить этот принцип с принципом работы современного компьютера, то все становится предельно ясно, поясняет астрофизик Деннис Овербай.

“Вселенная представляет собой нечто наподобие суперкомпьютера, – говорит он. – И предполагается, что она способна вести учет всего, что происходило в ее пределах”.

В качестве примера он приводит логи камер дорожного наблюдения. В них содержатся записи о том, что одна из проехавших машин была зеленым пикапом, а другая – красным Porsche. И эта информация сохраняется спустя длительное время после того, как обе машины разъехались.

Точно так же и Вселенная помнит о том, что одна из частиц состояла из материи, а вторая – из антиматерии. “Частицы могут быть разрушены, но информация о них – об их основных физических атрибутах – должна существовать всегда”, – поясняет Овербай.

Черные дыры вступают в противоречие с этой основополагающей теорией квантовой механики, ведь принято считать, что они начисто уничтожают любую информацию.

Это противоречие является проблемой не только для астрофизики, но и для физики в целом.

И вот теперь, Хокинг утверждает, что нашел решение проблемы.

Волосы памяти

Вокруг черной дыры может существовать некое гало – свечение из мягких “волос”, которые способны хранить информацию, предполагает Хокинг.

На самом деле, “волосы” – это метафора. Она описывает квантовые возбуждения, которые несут данные обо всем, что проходило через черную дыру. И эти возбуждения существуют даже после того, как исчезает сама черная дыра.

По словам Овербая, эти возбуждения проще всего описать как некий космический аналог дорожек на поверхности виниловых пластинок. На этих “дорожках” записана информация о том, что проходило сквозь горизонт событий, а затем исчезало.

Выдвинув эту гипотезу в январе 2016 года, Хокинг признал ошибочность своих прежних расчетов, основываясь на которых, в свое время предполагал, что черные дыры поглощают информацию навсегда.

Новая гипотеза Хокинга о “волосах” за полгода с момента первой публикации так и не приобрела серьезных критиков. Исследователи отмечают, что это изящное объяснение информационного парадокса выглядит вполне правдоподобно.

Хотя и не до конца исчерпывающе.

“Сама по себе гипотеза не дает полноценного решения проблемы сохранения информации черными дырами, – поясняет Гари Горовиц, физик из Калифорнийского университета. – Расчеты также должны быть сделаны для гравитационных полей, а не только для электромагнитных”.

Горовиц также не уверен, что этих “волос” достаточно для хранения всей информации о том, что падает в черную дыру.

Однако, Горовиц считает, что сам ход мысли Хокинга может привести к открытию новых видов хранения информации во Вселенной. И таким образом, проблема информационного парадокса черных дыр в конце концов будет решена, предполагает он.

Другая Вселенная

“Черные дыры не являются вечной тюрьмой, как ранее думали, — говорил Хокинг, представляя свою теорию в январе. — Если вам кажется, что вы попали в черную дыру, не сдавайтесь. Есть выход”.

В этой цитате есть доля шутки, однако в целом она наводит на главную мысль, которую Хокинг припрятал в своей работе.

Если уничтожение информации возможно в принципе, рассуждает Хокинг, то можно предположить, что возможно стереть информацию о прошлом.

Таким образом, если бы черные дыры могли и вправду без следа уничтожать любую попадающую в них информацию, это означало бы, что, опять таки, чисто теоретически, могут удалять частички прошлого.

А ведь именно прошлое говорит нам о том, кто мы есть. “Без прошлого мы потеряем свою индивидуальность”, – констатирует Хокинг.

Поэтому следствием допущения о “волосах” черных дыр является гипотеза об альтернативной Вселенной. Либо же их множестве.

Хокинг считает, что все, что падает в черную дыру, оказывается в другом пространстве. При этом, Хокинг убежден, что черные дыры представляют собой билет в один конец. Вернуться в нашу Вселенную через черную дыру не получится.

Проще говоря, по теории Хокинга, показанные в Интерстелларе события не могли бы произойти. Угодив в черную дыру, главный герой не смог бы отправлять послания дочке в прошлое.

“Я с азартом отношусь к космическим полетам, но лететь в черную дыру не собираюсь”, – шутит Хокинг насчет безжалостности черных дыр.

Источник: http://qbici.ru/kosmos/stiven-xoking-vyyasnil-kuda-vedut-chernye-dyry/

Стивен Хокинг назвал главную загадку природы

Знаменитый физик рассказал, над какой научной проблемой он думает постоянно и при этом не может ее решить. Это вовсе не “черные дыры”, исследованиями которых Хокинг больше всего известен

ФОТО: AFP

Одному из самых знаменитых физиков современности, Стивену Хокингу, 8 января исполняется 70 лет. В канун своего юбилея ученый дал интервью журналу The New Scientist, в котором рассказал о том, что он считает главным открытием в физике за годы своей жизни, о своем главном промахе, а также о том, что на самом деле является главной загадкой природы.

https://www.youtube.com/watch?v=qdNjWSqDbhY

По словам Хокинга, главным открытием в физике было обнаружение вариаций в реликтовом излучении Вселенной (излучение, которое сохранилось в космосе после Большого взрыва).

Американские ученые сообщили об этом открытии в 1992 г. после анализа результатов, полученных научным спутником COBE. В 2006 г.

руководители проекта COBE, Джордж Смут и Джон Мазер, получили за свое открытие Нобелевскую премию по астрономии.

Своей главной ошибкой Хокинг назвал идею о том, что “черные дыры” уничтожают поглощенную ими информацию. В 1997 г.

Хокинг поспорил с профессором Калифорнийского технологического института Джоном Прескиллом, который утверждал, что излучение “черных дыр” содержит в себе некую информацию, которую мы не можем расшифровать.

Хокинг полагал, что это не так, но в 2004 г. признал свою ошибку. Проиграв пари, он подарил Прескиллу полное издание Британской энциклопедии, на которое они спорили.

В заключение Хокинг признался, что считает “абсолютной загадкой” женщин. По словам ученого, который был дважды женат, большую часть дня он тратит на размышления о том, как решить эту проблему.

Стивен Хокинг в основном известен как исследователь “черных дыр” и популяризатор науки. В 1975 г. он выдвинул теорию о том, что “черные дыры” со временем исчезают за счет излучения радиации, которое получило название излучение Хокинга. Обнаружить его в природе пока не удалось, но недавно излучение Хокинга удалось найти в лабораторных условиях.

В конце 2010 г. Хокинг опубликовал книгу “Великий замысел”, в котором рассуждает о проблеме возникновения Вселенной. “Поскольку существует закон гравитации, Вселенная может и будет создавать себя из ничего.

Спонтанное творение является причиной того, что нечто появляется из ничто, причиной существования Вселенной и нашего существования.

Нет необходимости призывать бога для того, чтобы он зажег запал и все запустил”, – утверждал физик.

Источник: https://utro.ru/articles/2012/01/06/1021045.shtml

Стивен Хокинг: звезда современной космологии | Rusbase

Физик-теоретик Стивен Хокинг, чьи открытия определили развитие современной космологии и вдохновляли миллионы людей, скончался сегодня в своем доме в Кембридже в возрасте 76 лет.

Первое значительное открытие Хокинг сделал в 1970 году вместе с физиком и математиком Роджером Пенроузом. Ученые смогли выяснить, что сингулярность находится в далекой точке прошлого Вселенной, а именно в момент Большого взрыва.

В 1974 году Хокинг выдвинул квантовую теорию о том, что черные дыры должны излучать тепло и со временем испаряться. Черные дыры нормально размера делают это медленно, но миниатюрные испускают тепло довольно быстро, из-за чего взрываются с мощностью миллиона водородных бомб.

Это предположение вызывало одни из самых горячих дебатов в современной космологии. Хокинг считал, что при испарении черная дыра навсегда уничтожает всю информацию, которая попадала в нее за все время.

Его теория противоречила одному из базовых принципов квантовой механики, поэтому с ней не согласились многие физики.

Читайте также:  Коротко о теории струн - все о космосе

Позже Хокинг разрешил этот парадокс следующим образом: он сообщил, что информация хранится на горизонте событий черной дыры и зашифровывается обратно в излучение. Этот гипотетический процесс был назван излучением Хокинга.

Изображение: Elwood H. Smith

Благодаря своим открытиям в 1974 году, когда Хокингу было 32 года, его избрали в члены Королевского научного сообщества.

Через пять лет он получил степень лукасовского профессора математики в Кембридже — пожалуй, самое престижное научное звание в Великобритании, которое раньше принадлежало Исааку Ньютону, Чарльзу Бэббиджу и Полу Дираку (последний является одним из основателей квантовой механики).

Хокинг продолжал делать значительный вклад в науку в 1980-х годах. В 1982 году он одним из первых показал, что квантовые флуктуации — небольшие колебания в распределении материи — могли появиться в результате расширения Вселенной.

Но именно благодаря книге «Краткая история времени» популярность Хокинга взлетела до небес. Первый тираж вышел в 1988 году, и работа Хокинга попала в Книгу рекордов Гиннеса — она продержалась в списке бестселлеров Sunday Times целых 237 недель. Всего было продано 10 миллионов копий, книга была переведена на 40 языков. Некоторые в шутку называют ее величайшей книгой из всех непрочитанных.

О болезни

В 1963 году, когда Хокингу был 21 год, ему поставили диагноз — боковой амиотрофический склероз. Врачи сказали, что ему осталось жить два года, но болезнь развивалась медленнее обычного, и Хокинг прожил более полувека.

«Хоть мое будущее было туманным, к своему удивлению, я понял, что наслаждаюсь сейчас жизнью больше, чем когда-либо, — позднее сказал он. — Я начал продвигаться в своих исследованиях.

Моя цель проста: полностью понять устройство Вселенной и то, зачем она существует».

Сначала Хокинг использовал костыли и долго отказывался от инвалидного кресла. Когда он, наконец, поддался уговорам, то прославился лихой ездой по улицам Кембриджа. Он наезжал на ноги другим учащимся и крутился на танцполе на студенческих дискотеках.

Источник: https://rb.ru/story/steven-hawking-story/

Белые пятна черных дыр

14 марта умер астрофизик и популяризатор науки Стивен Хокинг. Один из основоположников квантовой космологии, он внес большой вклад в исследования черных дыр

Стивен Хокинг (Фото: Brian Randle / Mirrorpix / Getty Images)

Стивен Хокинг получил известность благодаря изучению модели расширяющейся Вселенной и космологической сингулярности — описываемого этой моделью состояния Вселенной. Главные же его достижения как физика-теоретика связывают с исследованием черных дыр. Он одним из первых в 1970-х начал изучать поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики.

Хокинга можно считать одним из создателей квантовой космологии.

В 1973 году он первым рассчитал поведение квантовых полей при наличии горизонта событий (горизонт событий — ограничивающая черную дыру воображаемая световая поверхность, из пределов которой свет не может попасть наружу).

До публикаций Хокинга считалось, что в черной дыре исчезает вся информация о поглощенных ею объектах за исключением трех параметров — массы, электрического заряда и момента импульса, но это противоречило некоторым постулатам квантовой механики.

Хокинг предположил, что информация хоть и исчезает в черной дыре, но возвращается в нашу Вселенную в виде излучения Хокинга.

Черная дыра поглощает одну половину пары «частица — античастица», а другая половина возвращается обратно в космос в виде разных элементарных частиц, в основном фотонов, унося с собой небольшую часть энергии черной дыры. Таким образом, черные дыры постепенно испаряются, теряя массу.

В своих работах ученый показал, каким может быть не противоречащий законам квантовой механики подход к анализу состояний черной дыры до того, как она поглотила материю, и после. Таким образом, он разрешил важное противоречие, существовавшее в современной астрофизике.

В докладе, представленном в 2015 году, Хокинг предположил, что информация, попавшая в черную дыру, не исчезает и не записывается где-то внутри нее, а хранится в области горизонта событий в виде своего рода голограммы. Ученый высказал гипотезу, что частицы, покидающие черную дыру в результате излучения Хокинга, могут вновь получать утерянную информацию с этой поверхности.

«Эйнштейн никогда не принимал квантовую механику из-за присущего ей элемента случайности и непостоянства. Он говорил: «Господь не играет в кости». Он был неправ дважды. Наличие черных дыр доказывает, что Господь не только играет в кости, но еще и бросает их туда, где никто не сможет их увидеть».

Впоследствии модель дорабатывалась как автором, так и другими исследователями. Благодаря своему участию в этих исследованиях Стивен Хокинг считается одним из создателей теории квантовой гравитации — направления в теоретической физике, благодаря которому ученые надеются без противоречий объяснить разные типы взаимодействия элементарных частиц и тел.​

Видео: Bill & Melinda Gates Foundation

Хокинг получил признание как один из величайших популяризаторов науки в истории. В 1988 году была издана самая известная его книга — «Краткая история времени».

Вскоре она стала мировым бестселлером, была переведена на десятки языков, а продажи за первые 20 лет превысили 10 млн штук. В книге относительно простым языком объяснялись самые сложные понятия в современной науке.

Помимо классических научно-популярных работ Хокинг вместе с дочерью Люси также писал детские научно-популярные книги.

«Всю свою жизнь я поражался тем главным вопросам, с которыми нам приходится сталкиваться, и пытался найти для них научный ответ. Возможно, поэтому я продал больше книг про физику, чем Мадонна про секс».

Источник: https://www.rbc.ru/society/14/03/2018/5aa8f5a29a794706d894aad0

«О тайнах Вселенной он знал больше любого из нас»: какой вклад в науку внёс Стивен Хокинг

Профессор Кембриджского университета и автор научно-популярных бестселлеров о природе пространства-времени и происхождении Вселенной Стивен Хокинг скончался в возрасте 76 лет.

Прикованный к инвалидному креслу учёный разгадывал тайны мироздания и «путешествовал» в далёкое прошлое — к началу Большого взрыва. По словам российских коллег Хокинга, его идеи легли в основу современной космологии и вдохновили исследователей на новые открытия.

Для многих он также был символом жизненного оптимизма и силы воли. RT вспоминает о главных научных достижениях британского физика-теоретика.

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.

  • На фото слева — Стивену Хокингу 12 лет, он позирует в саду родительского дома. Справа — Хокинг, окончивший Оксфорд, 1962 год
  • © MMP CAMBRIDGE

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.

https://www.youtube.com/watch?v=bn-HaPpKKi4

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.

Также по теме

«Великий учёный, экстраординарный человек»: в Британии скончался Стивен Хокинг

В Кембридже в возрасте 76 лет скончался всемирно известный британский физик-теоретик, один из основоположников квантовой космологии…

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.

И Большой взрыв, и чёрные дыры связаны с гравитационными сингулярностями — областями пространства-времени, в которых нарушаются привычные законы физики. В то же время Большой взрыв оставался объектом споров. Одни физики считали, что Вселенная родилась в результате Большого взрыва, другие защищали теорию стационарной Вселенной.

«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».

Читайте также:  Созвездие дева - все о космосе

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.

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».

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.

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.

Также по теме

«Очень важно просто не сдаваться»: десять цитат Стивена Хокинга

Во вторник, 14 марта, в Кембридже на 77-м году жизни скончался физик Стивен Хокинг. Он сделал множество открытий в теории чёрных дыр и…

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.

Источник: https://russian.rt.com/science/article/491768-stiven-hoking-nauka

Излучение Хокинга возникает не на горизонте событий черных дыр

[Этот пост является переводом статьи от Сабины Хоссенфельдер]

«Краткая история времени» Стивена Хокинга была одна из первых научно-популярных книг, прочитанных мною, и я ее возненавидела. Возненавидела, потому что не понимала. Фрустрация от этой книги стала одной из основных причин, почему я стала физиком — ну, по крайней мере, я знаю, кого винить в этом.

Прим. пер.: я добавил ссылки и некоторые иллюстрации, а также убрал часть текста, не имеющую особого отношения к делу (место отмечено в тексте). Оригинальный пост не может похвастаться идеальной структурой повествования, которую я не стал изменять. Но проблема очень важна и актуальна, и за ее обсуждение и объяснение Сабине можно простить погрешности стиля.

Пост можно считать расширенным комментарием к недавней публикации перевода Итана.

Я перестала ненавидеть эту книгу — надо признать, с подачи Хокинга возгорелся интерес общей публики к фундаментальным вопросам физики (связанным с черными дырами). Но время от времени я все еще хочу ударить чертову книгу. Не потому что я не понимаю ее, но потому что она убедила так много людей, что они понимают ее.

В этой книге Хокинг нарисовал изящную картинку испарения черных дыр, которая теперь используется повсеместно. В его представлении черные дыры испаряются, потому что пары виртуальных частиц, возникающих вблизи горизонта, разрываются приливными силами.

Одна из частиц оказывается за горизонтом событий, и падает в черную дыру, а вторая улетает вовне. В результате черная дыра постоянно излучает частицы на горизонте событий. Это просто, это интуитивно, и это совершенно неверно.Такое объяснение — простая иллюстрация, не более.

В реальности — вы не будете удивлены — ситуация более сложная.

Пары частиц — насколько вообще имеет смысл говорить о частицах в квантовой физике — не локализованы в пространстве. Они «размазаны» по области пространства, сравнимой с радиусом черной дыры (прим. пер.

сродни тому, как электрон движется не по определенной орбите вокруг ядра атома, находясь к какой-то ее точке, а «размазан» вокруг ядра.). Пары частиц возникают не как точки, но как облака, размытые всюду вокруг черной дыры, и они разделяются только на расстояниях, сравнимых с радиусом черной дыры.

Картинка, которую нарисовал Хокинг для не-специалистов не подкрепляется никакой математикой. В ней есть элемент истины, но не стоит ее принимать слишком серьезно — это может стать источником многих заблуждений.

То, что объяснение Хокинга не точно, не является чем-то новым — с начала 70х было известно, что излучение Хокинга возникает не на самом горизонте.

Уже в учебнике Биррела и Девиса (1984) ясно написано, что если если предположить возникновение излучения на горизонте и рассмотреть процесс излучения в обратном направлении по времени: отследить частицы, приближающиеся к горизонту событий издалека и увеличивающие при этом частоту (“синее смещение”), это не даст корректного описания области вблизи горизонта событий. Правильным подходом будет другой: частицы из пары Хокинга при рождении «размазываются» и смешиваются друг с другом, так что говорить о них как о «частицах» можно только в локальном смысле (имеется в виду локальная с точки зрения ОТО система координат, прим.пер.). Более того, нужно честно считать наблюдаемые величины, такие как тензор момента-импульса.

Предположение о возникновении пар на некотором отдалении от горизонта событий было необходимо для решения загадки, которыми были озадачены физики в 70-80е. Температура излучения черной дыры очень мала, если смотреть издалека.

Но чтобы это излучение вообще могло убежать от притяжения ЧД, оно должно изначально обладать огромной энергией вблизи горизонта. А тогда наблюдатель, падающий в черную дыру, обратился бы в пепел, проходя через область с такой энергией.

Это в свою очередь нарушает принцип эквивалентности, согласно которому наблюдатель, падающий в черную дыру вообще не должен заметить ничего необычного при пересечении горизонта.

Чтобы разрешить эту проблему, нужно учесть, что нельзя рассматривать излучение как приходящее от самого горизонта. Если честно посчитать тензор энергии-импульса вблизи горизонта, окажется, что он достаточно мал, и остается таковым и при пересечении горизонта.

На самом деле он насколько мал, что падающий наблюдатель сможет заметить разницу с плоским пространством только на расстояниях, сравнимых с радиусом черной дыры (что также является размером кривизны пространства-времени).

Тогда все сходится, и никакого нарушения принципа эквивалентности не возникает.

[Я знаю, все это звучит похоже на проблему фаервола, которую я обсуждала ранее, но это несколько иной эффект. (прим.пер. Проблема фаервола возникает, если рассматривать запутанность между излученной частицей и упавшей в черную дыру. Чтобы удовлетворять принципам квантовой механики, эти корреляции должны разрушаться.

При разрушении корреляций высвобождается огромная энергия, которая создает «огненную стену» на горизонте.) При этом возникают разные проблемы при вычислениях вблизи горизонта. Идею фаервола можно критиковать на основании того, что в оригинальной статье про фаервол тензор энергии-импульса посчитан не был.

В отличие от других я не думаю, что проблема в этом.]

Настоящая, подкрепленная вычислениями, причина излучения частиц черными дырами заключается в том, что для разных наблюдателей понятие частицы отличается.

Мы привыкли, что частица либо находится у нас, либо не находится. Однако, это справедливо только пока мы равномерно движемся друг относительно друга.

Если наблюдатель (мы) ускоряется, самое определение частицы для него изменяется. То, что выглядит пустым вакуумом для наблюдателя при равномерном движении, оказывается наполненным частицами при ускорении. Этот эффект назван в честь Билла Унру, кто предложил его практически одновременно с гипотезой излучения черных дыр Хокингом.

Сам эффект слишком мал для привычных нам ускорений, и мы никогда не замечаем его.

Эффект Унру близко связан с эффектом испарения черных дыр Хокинга. При возникновении черных дыр материя, коллапсирующая в черную дыру, создает динамическое пространство-время, которое приводит к ускорению между наблюдателями в прошлом и будущем.

В результате пространство-время вокруг коллапсирующей материи, которое не содержало частиц до возникновения черной дыры, оказывается наполненным тепловым излучением на поздних стадиях коллапса. То есть, излучение Хокинга — тот же самый вакуум, изначально окружавший коллапсирующее вещество, (прим.пер.

ровно как в эффекте Унру вакуум наполняется излучением при ускорении наблюдателя).

Это и является источником излучения черных дыр: само определение частицы зависит от наблюдателя. Не столь просто, как картинка Хокинга, но гораздо точнее.

Картинка с парами частица-античастица на горизонте, предложенная Хокингом, стала столь потрясающе популярной, что теперь даже некоторые физики верят, что именно так все и происходит (Прим.пер. До поста Сабины я и сам к своему стыду думал именно так).

Тот факт, что синее смещение излучения при рассмотрении его распространения обратно во времени от бесконечности к горизонту дает настолько огромную энергию на горизонте, оказался затерян в литературе.

К сожалению, непонимание связи между потоком частиц Хокинга вдалеке от ЧД и вблизи горизонта событий приводит к неверному заключению, что этот поток гораздо сильнее, чем он есть на самом деле. Например, это привело Mersini-Houghton к ошибкам при выводе доказательства, что черные дыры вообще не существуют.

(Прим.пер. Дальше статья сокращена для удобства чтения, в оригинальном посте обсуждается книга «Spooky action at a distance» и расчеты, где вычисляется точное расстояние, на котором возникает излучение Хокинга — в несколькое радиусов ЧД — и в подробностях обсуждается источник эффекта)

Источник: https://habr.com/post/411867/

Умер Стивен Хокинг. Что он успел открыть?

Сегодня, в возрасте 76 лет, ушел из жизни без преувеличения гениальный ученый-физик Стивен Хокинг. Человек, силе воле которого может позавидовать каждый. Личность, сумевшая несмотря на жизненные обстоятельства и физические ограничения совершить десятки открытий.

https://www.youtube.com/watch?v=ozdgOi6FR3w

Давайте вспомним, что Стивен Хокинг подарил человечеству и чем примечательны его исследования и научные труды.

Личная жизнь, болезнь

В детстве Стивен был обычным ребенком. Мальчик никогда не болел, с отличием окончил Оксфордский университет, получив степень бакалавра по физике и математике.

Читайте также:  Созвездия в апреле - все о космосе

1963 год стал для Хокинга переломным – врачи диагностировали у парня амиотрофический склероз (БАС). Неизлечимое заболевание, которое прогрессировало с каждым днем. Тогда доктора уверяли, что Стивен не проживет более двух лет.

Способность говорить Стивен утратил в 1985 году. Осложнение от воспаление легких вызвало трахеостомию. В результате, Хокинг был вынужден пользоваться синтезатором речи.

В 1965 году Стивен женился на студентке лингивстического факультета Джейн Уайлд. У четы родилось трое детей: двое сыновей (1967 и 1979) и дочь (1970). Увы, через 20 лет Стивен и Джейн подали на развод, но, как уверяет каждая из сторон, остались друзьями.

В 1995 году Хокинг женился на своей сиделке Элайн Мэйсон. Брак продержался 11 лет и закончился разводом в 2006 году.

Начиная с 1965 года Хокинг ведет активную научную деятельность и за 15 лет успел поработать с исследовательскими группами Института теоретической астрономии, стать преподавателем кафедры прикладной математики и теоретической физики, а также теории гравитации.

Чем запомнился Стивен Хокинг. Гипотезы и открытия

За плечами легендарного физика-теоретика десятки научных открытий. Судьба сыграла с талантливым ученым злую шутку: будучи физически прикованным к инвалидному креслу, Хокинг продолжал проводить открытия в области физики.

1. Вселенная породила сама себя

Хокинг скептически относился к религии и был убежденным атеистом. Он неоднократно приводил в своих научных трудах гипотезы, утверждающие, что для существования жизни на Земле Бог не нужен.

Вселенная Хокинга – это мир, который был создан исключительно законами физики, гравитацией и притяжением частиц.

2. Черные дыры и «Излучение Хокинга»

В середине 70-х годов Хокинг провел ряд исследований, результаты которых перевернули космологию. Ученый выяснил, что так называемым черным дырам присуще радиационное излучение.

Хокинг описывал черные дыры, как некое гравитационное поле, возникшее в результате коллапса звезд. Если для того, чтобы покинуть гравитационное поле Земли и покинуть планету необходимо развить вторую космическую скорость (ее развивают все современные ракеты), то для выхода за пределы черной дыры недостаточно будет и скорости света.

Излучение Хокинга поясняется видоизменением энергии частиц, которые изначально формировали звезду. Соотношение энергии квантовых частиц до коллапса звезды и после него и называют излучением Хокинга.

До того, как Хокинг выдвинул данную теорию, космология склонялась к теории, что черные дыры абсолютно статичны и не излучают никакой энергии. Стивен же посмотрел на проблему со стороны квантовой физики.

Примечательно, что именно черные дыры Хокинг назвал «неиссякаемым источником энергии». Увы, ученые пока так и не смогли применять это открытие на практике.

3. Предсказание конца человечества

В связи с постоянно растущим количеством проживающих на Земле людей, растет и количество потребляемой человечеством энергии.

Понимая это, Стивен Хокинг предрек гибель планеты Земля уже к 2600 году. Причина тому – постепенное повышение температуры из-за потребления энергии. Хокинг был уверен, что через 500 лет Земля превратится в «пылающий огненный шар».

Теория Хокинга была воспринята всерьез и поиски «резервной планеты» для жителей Земли со дня анонса гипотезы стали проводиться значительно активнее.

4. 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.

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.

5. Прошлое – это вероятность

Хокинг не принимал факта связи прошлого с настоящим. Физик был уверен, что все, что произошло в прошлом, квантовая механика может объяснить как случайный и произвольный набор событий.

Проще говоря, Хокинг в очередной раз подчеркнул, что закономерностей во времени не существует.

6. Вселенная – непостоянна

В 1988 году Хокинг выпускает книгу «Краткая история времени». За несколько месяцев она превращается в бестселлер. Главная идея произведения – непостоянство Вселенной.

Вплоть до XX века ученые были уверены, что Вселенная – это нечто вечное и неизменное. Стивен Хокинг же утверждал обратное.

Это предположение и получило имя теории Большого взрыва (она же «Теория Рождения»).

7. Внеземные цивилизации существуют

Хокинг был уверен, что инопланетяне существуют, вот только встреча человека и представителями внеземных цивилизаций не сулят ничего хорошего.

Стивен Хокинг предположил, что если технологии инопланетян будут превосходить человеческие, то Земля превратится в колонию.

Неоценимый вклад в популяризацию науки

В конце 2015 года в Лондоне была учреждена медаль имени профессора Стивена Хокинга. Награда присуждается за популяризацию науки и продвижение трудов, способствующих продвижению научных знаний в самых различных сферах.

За три года награду получил пионер электронной музыки Жан-Мишель Жарр, американский астрофизик и научно-популярный писатель Нил Деграсс Тайсон, композитор Ханс Циммер и другие личности, старающиеся сделать науку популярнее и доступнее обычным людям.

Стивена Хокинга называли последним великим мечтателем. Его наследие и работы будут жить долгие годы. Благодаря Хокингу. Он сумел изменить взгляды человечества на информацию, на восприятие черных дыр, на сингулярность и понимание Вселенной.

Покойся с миром, Стивен.

Источник: https://www.iphones.ru/iNotes/789910

Нобель для Хокинга: ученые создали черную дыру

Автор: Екатерина Бруй |  5 мая 2016, 09:50

Ученые в очередной раз воссоздали в лаборатории черную дыру. Но в этот раз благодаря этому удалось найти признаки того, что фононы – очень маленькие сгустки энергии, составляющие звуковые волны – просачиваются из акустических черных дыр, как утверждает теория Стивена Хокинга.

Около 42 лет назад известный физик-теоретик Стивен Хокинг предположил, что не все, что соприкасается с черной дырой, неизбежно уходит в небытие.

Он считал, что мельчайшие частицы света (фотоны) иногда выбрасываются обратно, отбирая у черной дыры бесконечно малое количество энергии.

Несмотря на то, что потери малы, они все же происходят, а значит постепенная потеря энергии и массы с течением времени должна в конечном итоге приводить к исчезновению черной дыры.

Этот гипотетический процесс называют излучением Хокинга. Более чем четыре десятилетия никто не мог достоверно доказать, что эти микро-излучения существуют, и предположение Хокинга все это время так и оставалось в статусе гипотезы. Но все может измениться, потому что две независимые группы исследователей сообщают, что они нашли доказательства теории Хокинга.

Как зарождалась теория

Давайте вернемся к 1974 году, когда эта теория только начинала зарождаться. Хокинг вступил в спор с аспирантом Принстонского университета, израильским физиком Джейкобом Бекенштейном, который в своей диссертации предположил, что энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта событий.

В соответствии с принятым в то время пониманием физических законов, в том числе собственной работы Хокинга, энтропия и объем черной дыры не могли уменьшаться. Хокинг серьезно взялся за эту проблему и в конце концов пришел к выводу, что черная дыра может оказаться не такой уж черной в конечном итоге.

Хокинг предположил, что Вселенная заполнена «виртуальными частицами», которые, согласно нашим знаниям о квантовой механике, уничтожают друг друга, как только вступают в контакт. Исключение составляют только контакты, происходящие по обе стороны от горизонта событий черной дыры. Тогда одна частица поглощается черной дырой, а другая испускается в космос.

Концепция излучения Хокинга отвечала на множество вопросов о том, что на самом деле происходит в черных дырах, но в то же время, подняла кучу проблем и противоречий, которые физики пытаются примирить до сих пор.

В 2012 году Бекенштейн получил премию Вольфа, а в 2015 — премию Эйнштейна Американского физического общества. Эти награды часто становятся предыдущими ступенями перед получением Нобелевской премии. В 2015 году Бекенштейн скончался, а в 2016 к Нобелевской премии приблизился Стивен Хокинг, потому что сейчас он близок к доказательству своей гипотезы как никогда.

Прав ли Хокинг?

Согласно теории Хокинга, выделяющиеся из черной дыры фотоны воруют у нее бесконечно малое количество энергии. Это интересная гипотеза, которая многие годы не дает ученым покоя, но, сожалению для Хокинга, это излучение настолько мало, что его практически невозможно обнаружить на расстоянии тысяч световых лет от Земли.

Физик Джефф Штайнхауэр из университета Технион в израильском городе Хайфа решил подойти к задаче с другой стороны.

Он задумался: если мы не можем обнаружить излучение Хокинга в реальных черных дырах на расстоянии тысячи световых лет от наших лучших технических достижений, почему бы не воссоздать эти черные дыры в непосредственной близости от наших лучших инструментов. Это как история о том, что если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе, только наоборот.

Штайнхауэр создал звуковую черную дыру — объект, поглощающий все звуковые волны – у себя в лаборатории. И он смог зафиксировать то самое излучение Хокинга – выделение частиц, «ворующих» энергию у черной дыры.

В лабораторных условиях черная дыра была сформирована с помощью гелия, охлажденного до температуры чуть выше абсолютного нуля.

После охлаждения гелий «взбивался» с такой высокой скоростью, что образовался барьер, который не пропускал звук.

На картинке: измерение теплового спектра излучения Хокинга. Сплошная кривая — результаты измерений. Пунктирная кривая — теоретический тепловой спектр.

Штайнхауэр обнаружил, что фононы -– очень маленькие частички энергии, образующие звуковые волны — просачивались из его звуковой черной дыры, как и предсказывало уравнение Стивена Хокинга. Впрочем, эти наблюдения пока остаются предметом для дальнейшего обсуждения.

Этим феноменом в недавнем прошлом интересовались также физики Крис Адами и Камиль Брадлер из Университета Оттавы.

В Physical Review Letters была опубликована их работа, в которой они описывают новую методику, позволяющую исследовать жизнь черной дыры в течение долгого времени.

Они пишут о том, что любая информация, которая проходит над горизонтом событий, не исчезает бесследно, а медленно возвращается на более поздних стадиях испарения черной дыры.

Все эти последние находки необходимо подтвердить. Тем не менее, они приближают нас к ответу на вопрос, прав ли был Хокинг относительно черных дыр.

  Поделиться   Поделиться

Источник: https://futurist.ru/articles/189

Ссылка на основную публикацию