Хокінг мав рацію, але іноді помилявся: найсміливіші ідеї вченого
Деякі теорії Хокінга зробили революцію в нашому погляді на Всесвіт, але інші як і раніше змушують вчених сушити голову. Ми розповімо про найточніші, химерні та помилкові припущення великого вченого.
Стівен Хокінг був одним з найвидатніших фізиків-теоретиків сучасності, чия кар’єра тривала понад 50 років, попри прогнози лікарів. Починаючи з докторської дисертації в 1966 році, він продовжував робити дивовижні відкриття про Всесвіт безперервно аж до 2018 року. Фізик опублікував останню роботу всього за кілька днів до смерті у віці 76 років.
Хокінг працював на передових інтелектуальних рубежах фізики, і його теорії часто здавалися химерними. У всякому разі, в той час, коли він їх вперше озвучував. Проте, вони повільно, але вірно приймаються в науковій спільноті. Від революційних поглядів про чорні діри до пояснення початку існування Всесвіту. Деякі з його теорій вже підтвердилися, а деякі поки що ні.
Великий вибух переміг
Хокінг почав писати свою докторську дисертацію в той момент, коли в науковій спільноті йшли запеклі суперечки про те, як зародився Всесвіт. Дві конкурентні ідеї по-своєму пояснювали початок всього — теорія Великого вибуху і теорія стійкості. Обидві визнавали, що Всесвіт розширюється, але в першій вона розширюється з ультракомпактного, надщільного стану, а друга передбачає, що Всесвіт розширюється вічно, при цьому для підтримки постійної щільності постійно створюється нова матерія.
У своїй дисертації Хокінг показав, що теорія стійкого стану математично суперечлива сама собі. Фізик стверджував, що Всесвіт почався як нескінченно малої, нескінченно щільної точки — з сингулярності. Сьогодні точка зору Хокінга майже повсюдно прийнята вченими.
Чорні діри реальні
Ім’я Хокінга найбільше асоціюється з чорними дірами – ще одним видом сингулярності. Ці об’єкти утворюються, коли зірка піддається колапсу під дією власної гравітації. Проблема була в тому, що існування чорних дір хоч і вписувалося в загальну теорію відносності Ейнштейна, але суперечило квантовій фізиці. Хокінг звернув увагу на чорні діри на початку 1970-х років.
Перше зображення чорної діри, отримане телескопом Event Horizon – випущено Національним науковим фондом в 2019 році
Згідно зі статтею в Nature, він об’єднав рівняння Ейнштейна з рівняннями квантової механіки, щоб довести можливість існування чорних дір. В результаті те, що раніше було теоретичною абстракцією, перетворилося в життєздатну теорію. Остаточний доказ того, що Хокінг був прав, з’явилося у 2019 році, коли телескоп Event Horizon отримав пряме зображення надмасивної чорної діри, що ховається в центрі гігантської галактики Messier 87.
Чорні діри отримали свою назву через те, що їх гравітація настільки сильна, що фотони або частки світла не можуть покинути їх. Але у своїх ранніх роботах по цій темі Хокінг стверджував, що ситуація не така однозначна.
Випромінювання Хокінга
Чорні діри отримали свою назву через те, що їх гравітація настільки сильна, що фотони або частки світла не можуть покинути їх. Але у своїх ранніх роботах на цю тему Хокінг вважав інакше.
Застосовуючи квантову теорію, а саме ідею про те, що пари «віртуальних фотонів» можуть спонтанно створюватися з нічого, він зрозумів, що деякі з цих частинок, мабуть, випромінюються чорною дірою. Цю теорію, яку тепер називають випромінюванням Хокінга, недавно підтвердили в лабораторному експерименті в Ізраїльському технологічному інституті Техніона, Ізраїль. Замість реальної чорної діри дослідники використовували акустичний аналог – «звукову чорну діру», з якої звукові хвилі не можуть вийти. Вони виявили еквівалент випромінювання Хокінга в точності відповідно до пророкувань фізиків.
Інформаційний парадокс
Існування випромінювання Хокінга створює серйозну проблему для теоретиків. Згідно з розрахунками Хокінга, чорні діри повинні випромінювати елементарні частинки та з часом випаровуватися. Здається, це єдиний фізичний процес, який «видаляє» інформацію з Всесвіту. Це означає, що основні властивості матеріалу, з якого утворилася чорна діра, загублені назавжди; виходить випромінювання нічого не говорить нам про них. Однак це суперечить загальним принципам квантової механіки. Ця суперечність отримало назву «інформаційний парадокс», і над його вирішенням вчений працював останні 40 років.
Хокінг вважав, що насправді інформація про склад чорних дір не втрачено. У 2016 році професор заявив, що вона зберігається в хмарі частинок з нульовою енергією, яка оточує чорну діру — вчений назвав її «легким пушком» в статті Black Hole Entropy and Soft Hair («Ентропія чорної діри та легкий пушок»).
Настільки дивне, на перший погляд, назва статті є відсиланням до фізичної «теореми про відсутність волосся» у чорної діри, де «волосся» – це метафора інформації про матерію, яку чорна діра поглинає і не випускає назад. Вона присвячена інформаційному парадоксу: вчений кілька десятиліть намагався зрозуміти, що відбувається з інформацією в чорних дірах. Але теорема Хокінга про «волохатих» чорних дір — лише одна з декількох висунутих гіпотез, і сьогодні інформаційний парадокс залишається невирішеним.
Мультивсесвіт
Однією з тем, з якою Хокінг працював в кінці життя, була теорія мультивсесвіту – ідея про те, що наш Всесвіт, який з’явилася в результаті Великого вибуху, є лише одним з нескінченного числа співіснують «бульбашкових Всесвітів».
Однак Хокінга не влаштовувало припущення деяких вчених про те, що будь-яка безглузда ситуація, яку ви можете собі уявити, прямо зараз відбувається десь в цей час у нескінченній безлічі паралельних всесвітів. Отже, у своїй останній статті 2018 року, за його власними словами, Хокінг «спробував приручити мультивсесвіти». Він запропонував нову математичну основу, яка, не відмовляючись від мультивсесвіту в цілому, зробив його кінцевим, а не нескінченним. Але, як і у випадку з будь-якими міркуваннями про паралельні всесвіти, ми й гадки не маємо, чи правильні його ідеї. І навряд чи найближчим часом вчені зможуть перевірити його ідею.
Гіпотеза про захищеність хронології
Як не дивно це звучить, закони фізики — в тому сенсі, в якому ми їх розуміємо сьогодні — не забороняють подорожі в часі. Рішення рівнянь загальної теорії відносності Ейнштейна включають «замкнуті тимчасові криві», які дозволять людині повернутися у своє минуле. Але, знову ж таки, Хокінга це не влаштовувало — він був упевнений, що подорож у часі назад породжує логічні парадокси, які просто неможливі.
Тому він припустив, що якийсь поки невідомий зараз закон фізики запобігає виникненню замкнутих тимчасових кривих. Своє припущення він висловив в «гіпотезі захисту хронології». Але це просто здогадка, і поки невідомо, чи можливі подорожі в часі чи ні.
Похмурі пророцтва
В останні роки свого життя Хокінг зробив серію похмурих пророцтв щодо майбутнього людства.
Вони варіюються від припущення про те, що невловимий бозон Хіггса, або «частка Бога», може викликати вакуумний міхур, який поглине Всесвіт, до ворожих інопланетних вторгнень і захоплення влади на Землі штучним інтелектом. Хоча Стівен Хокінг мав рацію в багатьох речах, нам залишається тільки сподіватися, що він помилявся в цьому.
