Stephen Hawking był jednym z największych fizyków teoretycznych naszych czasów, którego kariera trwała ponad 50 lat.
Hawking pracował dla zaawansowanego intelektualistygranice fizyki, a jego teorie często wydawały się dziwaczne. W każdym razie w momencie, gdy po raz pierwszy je wyraził. Jednak powoli, ale pewnie są akceptowane w środowisku naukowym. Od rewolucyjnych poglądów na czarne dziury po wyjaśnienie, jak powstał wszechświat, oto niektóre z jego teorii, które zostały już potwierdzone i nie zostały potwierdzone.
Wielki Wybuch wygrał
Hawking zaczął pisać swoją rozprawę doktorską w czasie, gdy w środowisku naukowym toczyła się gorąca debata na temat tego, jak powstał wszechświat.Dwie rywalizujące ze sobą koncepcje miały swój własny sposób wyjaśniania początku wszystkiego: teoria Wielkiego Wybuchu i teoria stabilności.Obydwaj przyznali, że wszechświat się rozszerza, ale w pierwszym przypadku rozszerza się on z ultra-zwartego, supergęstego stanu, podczas gdy drugi zakłada, że wszechświat rozszerza się w nieskończoność, a nowa materia jest stale tworzona, aby utrzymać stałą gęstość.
Hawking wykazał w swojej rozprawie, że teoria…stan ustalony jest matematycznie sprzeczny z samym sobą. Fizyk twierdził, że wszechświat powstał jako nieskończenie mały, nieskończenie gęsty punkt - z osobliwością. Dziś opis Hawkinga jest niemal powszechnie akceptowany przez uczonych.
Czarne dziury są prawdziwe
Imię Hawkinga jest najbardziej kojarzone z czarnymi.dziury - inny rodzaj osobliwości. Obiekty te powstają, gdy gwiazda zapada się pod wpływem własnej grawitacji. Problem polegał na tym, że chociaż istnienie czarnych dziur pasowało do ogólnej teorii względności Einsteina, było to sprzeczne z fizyką kwantową. Hawking zwrócił uwagę na czarne dziury na początku lat 70. XX wieku.
Pierwszy obraz czarnej dziury w programie Event Horizon – opublikowany przez Narodową Fundację Nauki w 2019 r.
Według artykułu w Nature połączył równaniaEinstein z równaniami mechaniki kwantowej, aby udowodnić możliwość istnienia czarnych dziur. W rezultacie to, co kiedyś było abstrakcją teoretyczną, przekształciło się w realną teorię. Ostateczny dowód na to, że Hawking miał rację, pojawił się w 2019 roku, kiedy teleskop Event Horizon uchwycił na żywo obraz supermasywnej czarnej dziury czającej się w centrum gigantycznej galaktyki Messier 87.
Czarne dziury zawdzięczają swoją nazwę faktowiże ich grawitacja jest tak silna, że fotony lub cząstki światła nie mogą ich opuścić. Ale w swoich wczesnych pismach na ten temat Hawking argumentował, że sytuacja nie jest taka prosta.
Promieniowanie Hawkinga
Czarne dziury zawdzięczają swoją nazwę temu, że ich grawitacja jest tak silna, że fotony lub lekkie cząstki nie mogą ich opuścić. Ale w swoich wczesnych pismach na ten temat Hawking myślał inaczej.
Zastosowanie teorii kwantowej, czyli ideiże pary „wirtualnych fotonów” mogły powstać spontanicznie z niczego, zdał sobie sprawę, że niektóre z tych cząstek najwyraźniej zostały wyemitowane z czarnej dziury. Teoria ta, obecnie nazywana promieniowaniem Hawkinga, została niedawno potwierdzona w eksperymencie laboratoryjnym w Technion Israel Institute of Technology w Izraelu. Zamiast prawdziwej czarnej dziury naukowcy zastosowali analog akustyczny – „dźwiękową czarną dziurę”, z której nie mogą uciec fale dźwiękowe. Znaleźli odpowiednik promieniowania Hawkinga dokładnie tak, jak przewidywali fizycy.
Paradoks informacyjny
Istnienie promieniowania Hawkinga stwarza poważneproblem dla teoretyków. Według obliczeń Hawkinga czarne dziury powinny emitować cząstki elementarne i z czasem parować. Wydaje się, że jest to jedyny fizyczny proces, który „usuwa” informacje z wszechświata. Oznacza to, że podstawowe właściwości materiału, z którego powstała czarna dziura, zostają utracone na zawsze; promieniowanie wychodzące nic nam o nich nie mówi. Jest to jednak sprzeczne z ogólnymi zasadami mechaniki kwantowej. Ta sprzeczność nazywana jest „paradoksem informacyjnym”, a naukowiec pracuje nad jej rozwiązaniem od 40 lat.
Hawking uważał, że w rzeczywistości informacje oskład czarnych dziur nie zostaje utracony. W 2016 roku profesor stwierdził, że jest ona przechowywana w chmurze cząstek o zerowej energii, która otacza czarną dziurę – naukowiec nazwał ją „puchem świetlnym” w swoim artykule Black Hole Entropy and Soft Hair.
Tytuł artykułu jest tak dziwny na pierwszy rzut okajest odniesieniem do fizycznego „twierdzenia braku włosów” dla czarnej dziury, gdzie „włosy” są metaforą informacji o materii, którą czarna dziura absorbuje i nie uwalnia. Poświęcona jest paradoksowi informacyjnemu: naukowiec od kilkudziesięciu lat próbuje zrozumieć, co dzieje się z informacją w czarnych dziurach. Ale twierdzenie Hawkinga o „włochatej” czarnej dziurze jest tylko jedną z kilku wysuniętych hipotez, a dziś paradoks informacyjny pozostaje nierozwiązany.
Wieloświat
Jeden z tematów, nad którymi Hawking pracował na końcużycia, istniała teoria wieloświata - idea, że nasz wszechświat, który pojawił się w wyniku Wielkiego Wybuchu, jest tylko jednym z nieskończonej liczby współistniejących "bąbelkowych wszechświatów".
Jednak Hawking nie był zadowolony z tego założenianiektórzy naukowcy twierdzą, że każda absurdalna sytuacja, jaką można sobie wyobrazić, ma miejsce właśnie teraz, gdzieś w tym nieskończonym zestawie równoległych wszechświatów. Tak więc w swoim ostatnim artykule z 2018 roku, własnymi słowami, Hawking „próbował oswoić wieloświat”. Zaproponował nowe ramy matematyczne, które nie porzucając wieloświata jako całości, uczyniły go skończonym, a nie nieskończonym. Ale, jak w przypadku wszelkich spekulacji na temat wszechświatów równoległych, nie mamy pojęcia, czy jego idee są poprawne. A naukowcy raczej nie będą w stanie przetestować jego pomysłu w najbliższej przyszłości.
Hipoteza oBezpieczeństwoChronologia
Choć brzmi to zaskakująco, prawa fizyki są ww takim sensie, w jakim je dzisiaj rozumiemy – podróże w czasie nie są zabronione. Rozwiązania równań ogólnej teorii względności Einsteina obejmują „zamknięte krzywe czasowe”, które pozwolą osobie powrócić do przeszłości. Ale znowu Hawking nie był z tego zadowolony – był pewien, że podróżowanie w czasie wstecz generuje logiczne paradoksy, które są po prostu niemożliwe.
Dlatego założył, że niektórzy…nieznane obecnie prawo fizyki zapobiega występowaniu zamkniętych krzywych czasowych. Swoje założenie wyraził w „hipotezie ochrony chronologii”. Ale to tylko przypuszczenie i nie wiadomo jeszcze, czy podróże w czasie są możliwe, czy nie.
Mroczne proroctwa
W ostatnich latach swojego życia Hawking wygłosił serię mrocznych przepowiedni dotyczących przyszłości ludzkości.
Wychodzą one z założenia, żeNieuchwytny bozon Higgsa, czyli „cząstka Boga”, może wywołać bańkę próżniową, która pochłonie wszechświat, zanim wrogie inwazje obcych i sztuczna inteligencja przejmą władzę na Ziemi. Chociaż Stephen Hawking miał rację w wielu sprawach, możemy mieć tylko nadzieję, że się mylił.
Czytaj więcej
„Żywe skamieliny” wykluły się na amerykańskiej pustyni. Spali przez dziesięciolecia
Spójrz na sztukę cyfrową wykonaną na podstawie analizy książek Isaaca Asimova
Branson, Bezos i Peresild: dlaczego znani ludzie latają w kosmos i co tam robią
Kosmologiczna osobliwość — domniemanastan Wszechświata w początkowym momencie Wielkiego Wybuchu. Jest to jeden z przykładów osobliwości grawitacyjnych przewidywanych przez ogólną teorię względności (GR) i kilka innych teorii grawitacji.