Теория черных дыр стивена хокинга простыми словами

Теория черных дыр стивена хокинга простыми словами

Поделиться

    Tweet"> Facebook"> Google Plus"> LinkedIn">

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.

Читайте также:  Как разблокировать айпад через itunes

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.

Исследователи из Массачусетского технологического института (США) в новом исследовании доказали, что черные дыры не имеют так называемых "волос", о которых утверждал Стивен Хокинг, а являются простыми и "лысыми".

Как сообщает Live Science, речь идет о теории знаменитого британского физика-теоретика Стивена Хокинга. Он считал, что у черных дыр есть "мягкие волосы" — фотоны с почти нулевой энергией, благодаря которым часть информации просачивается из черных дыр наружу, а не поглощается ими полностью.

Долгое время считалось, что энергия таких частиц света настолько мала, что ее практически невозможно зафиксировать приборами. Однако в 2017 году была зарегистрирована гравитационная волна, которая прокатилась по всей Земле.

Ее зафиксировал лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). Эта волна была результатом столкновения двух черных дыр в далеком космосе. Спустя два года ученые заново исследовали ее и пришли к вводу, что черные дыры являются "лысыми".

"Когда физики говорят, что у черных дыр нет "волос", то они имеют в виду, что эти астрофизические объекты очень просты, — говорит ведущий автор исследования Максимилиано Изи, физик из Массачусетского технологического института. — Теоретически черные дыры отличаются друг от друга только тремя факторами: скоростью вращения, массой и электрическим зарядом. Но в реальном мире их отличие сводится, в основном, только к массе и скорости. Физики называют такие "лысые" объекты "керровскими черными дырами".

По его словам, отсутствие "волос" делает черные дыры практически уникальными — этим они отличаются от почти всех других объектов во Вселенной. В качестве примера ученый приводит колокол.

Его звон зависит от ряда факторов, например, от материала, из которого он изготовлен, от его формы и размера. А черные дыры, согласно теории об отсутствии "волос", — это все однородные сингулярности.

"Секрет всего этого заключается в том, что форма волны — паттерн растяжения и сжатия — кодирует информацию об источнике, который и произвел эту гравитационную волну", — говорит Изи.

Читайте также:  Ссылка на необъявленный префикс пространства имен def

Простейшая часть изученной формы волны возникла после того, как две черные дыры слились в одну большую черную дыру. Она продолжала "звенеть" некоторое время, посылая избыточную энергию в космос в виде гравитационных волн — это то, что астрофизики называют "процессом отбоя".

Данные гравитационно-волновых наблюдений в результате сошлись с прогнозом о строении черных дыр, который ранее был предложен сторонниками теории "лысых" черных дыр.

Знаменитый физик всю жизнь старался "подружить" теорию гравитации и квантовую теорию, мечтал о полетах в космос и напоминал землянам о неизбежной космической эмиграции

Москва. 14 марта. INTERFAX.RU — В среду, 14 марта, стало известно, что в возрасте 76 лет ушел из жизни один из наиболее известных физиков-теоретиков современности и популяризатор науки Стивен Хокинг, всю жизнь старавшийся примирить теорию гравитации и квантовую теорию.

Секрет популярности Хокинга — в умной эксцентричности, неспособности замыкаться в каких-либо рамках, в открытости людям, с которыми он старался вести диалог на равных, говоря простым языком о сложных вещах.

Популяризированию науки способствовал его активный образ жизни: ученый много путешествовал, не раз становился героем мультфильмов в "Симпсонах" и "Футураме", в которых озвучивал своего персонажа, снялся даже в кино в роли самого себя — в одной из серий сериала "Звездный путь: Следующее поколение" и в эпизоде комедийного сериала "Теория Большого взрыва", ученый был сторонником ядерного разоружения, боролся с изменениями климата.

Немецкий популяризатор науки Хуберт Мания в своей книге "Стивен Хокинг" так описывает британского физика: "Почти совершенное воплощение свободного духа, огромного интеллекта, человека, который мужественно преодолевает физическую немощь, отдавая все силы на расшифровку "божественного замысла".

В 20 лет у Хокинга стали проявляться признаки хронического заболевания центральной нервной системы, которое в дальнейшем привело к полному параличу. Однако тяжелое заболевание, почти на 40 лет приковавшее ученого к инвалидному креслу, не помешало ему показать миру все многообразие Вселенной. Сам ученый мечтал отправиться в космос и в последние годы жизни он неоднократно предупреждал, что человечество обречено, а Земля погибнет от удара астероида, высоких температур или перенаселенности, и что это лишь вопрос времени.

Исследовательскую деятельность Хокинг начал еще в годы учебы в Кембридже, преподавал теорию гравитации, гравитационную физику, работал в Институте астрономии, на кафедре прикладной математики и теоретической физики Кембриджа. В Калифорнийском технологическом институте, куда его пригласили в 1974 году, он занимался, в частности, вопросами общей теории относительности. В 1979 физик получил должность Лукасовского профессора Кембриджского университета и занимал ее до 2009 года.

Более 20 лет Хокинг руководил группой, занимающейся проблемами вокруг теории относительности и вопросами гравитации. В 2007 году он основал при Кембриджском университете Центр теоретической космологии.

"Излучение Хокинга"

Профессор Кембриджского университета Хокинг известен, в частности, теоретическим предсказанием излучения черных дыр, из-за которого они постепенно испаряются, теряя массу, а значит, и информацию об упавших в нее предметах. Открытие получило название "излучение Хокинга". Оно в значительной степени изменило современные космологические представления. Согласно общепринятым представлениям, внешний наблюдатель не может заглянуть внутрь черной дыры и получить какую-либо информацию об объектах, находящихся за горизонтом событий. Однако теоретически излучение Хокинга позволяет заглянуть внутрь черной дыры, то есть определить ее внутреннюю топологию.

Излучение Хокинга не является результатом движения зарядов. Оно возникает при изменении свойств вакуума в результате формирования черной дыры. Если заряды и массы рождают только электромагнитные и гравитационные волны, то в результате квантового излучения Хокинга могут появиться электроны, позитроны, протоны и другие частицы.

В излучении Хокинга черная дыра будет излучать как обычный нагретый до какой-то температуры источник. При этом температура будет обратно пропорциональна ее массе: чем больше дыра, тем она "холоднее". Когда черная дыра излучает, ее масса уменьшается, а температура растет, это следует из соответствия энергии и массы по формуле E=mc2. При этом все характеристики частиц, кроме массы и заряда, излучаются с одинаковой вероятностью.

Парадокс потери информации

Этот парадокс формулируется на стыке между квантовой теорией поля и общей теории относительности, поэтому его разрешение может помочь в формулировке теории квантовой гравитации.

Одна из актуальных проблем в современной теоретической физике — исчезновение информации в черной дыре. Физик предложил свое объяснение. По его мнению, информация не исчезает и не оказывается записана где-то внутри черной дыры — вместо этого она хранится на поверхности горизонта событий сверхмассивного объекта в форме голограммы. Горизонт событий — поверхность черной дыры, из пределов которой свет не может вылететь наружу. Если источник излучения находится прямо на горизонте, то создаваемое им поле видно не меняющимся во времени, то есть излучения нет. Согласно голографическому принципу, если известно все о динамике на горизонте, то можно восстановить и динамику внутри черной дыры.

Читайте также:  К сервисам сети интернет относятся правильный ответ

Хокинг в своей статье описал, как каждый акт излучения отражается на горизонте событий черной дыры. По его мнению, используя голографический принцип, можно описать детали процесса формирования излучения черных дыр. Хокинг считает, что если что-то произошло внутри или снаружи черной дыры, то происходит какой-то акт на горизонте.

В сентябре 2015 года Хокинг сообщил о новой идее, которая, по его мнению, поможет разрешить 40-летний парадокс потери информации в черных дырах. Ученый сослался в своем сообщении на некоторые специальные свойства пространства. Если ими правильно воспользоваться, то можно указать, как и в каком виде информация покидает черную дыру. В работе утверждается, что у излучения Хокинга будет бесконечно много характеристик, а не только температурное распределение, зависящее от массы, заряда и момента вращения, и при помощи этих характеристик можно будет полностью охарактеризовать состояние черной дыры.

Пророк конца света

Одно из наиболее популярных произведений Хокинга – "Краткая история времени". Вышедшая в 1988 году с подзаголовком "От большого взрыва до черных дыр" книга сразу стала бестселлером. Ее тираж составил 10 млн копий, переведена на 40 языков. Позже Хокинг написал еще две книги: "Черные дыры и молодые вселенные" (1993 год) и "Мир в ореховой скорлупке" (2001 год). В 2005 году опубликована "Кратчайшая история времени" — новое издание бестселлера 1988 года.

Хокинг доступным языком попытался опровергнуть постулат о неизменности Вселенной. "В свете от далеких галактик происходит смещение в сторону красной части спектра. Это означает, что они удаляются от нас, что Вселенная расширяется", — писал он.

"Умирающая звезда, сжимаясь под действием собственной гравитации, в конце концов, превращается в сингулярность — в точку бесконечной плотности и нулевого размера. Если повернуть вспять ход времени так, чтобы сжатие превратилось в расширение, станет возможным доказать, что у Вселенной было начало. Однако доказательство, основанное на теории относительности Эйнштейна, показывало также, что невозможно понять, как произошла Вселенная: оно демонстрировало, что все теории не действуют в момент начала Вселенной", — отмечает ученый.

Он задался вопросом, что произойдет, когда Вселенная прекратит расширяться и начнет сжиматься. "Мне казалось, что когда начнется сжатие, Вселенная вернется в упорядоченное состояние. В таком случае, с началом сжатия время должно было повернуть вспять. Люди в этой стадии проживали бы жизнь задом наперед и молодели по мере сжатия Вселенной", — говорил он.

Позже он приходит к выводу, что время все же не повернет свой ход вспять при сжатии Вселенной. "В реальном времени, в котором мы живем, у Вселенной есть две возможные судьбы. Она может продолжать расширяться вечно. Или она может начать сжиматься и прекратить свое существование в момент "большого сплющивания". Это будет похоже на большой взрыв, только — наоборот", — полагает физик.

Хокинг верил в существование внеземной жизни. "Во Вселенной со 100 миллиардами галактик, каждая из которых содержит сотни миллионов звезд, маловероятно, что Земля является единственным местом, где развивается жизнь. С чисто математической точки зрения, одни лишь цифры позволяют принимать мысль о существовании инопланетной жизни как абсолютно разумную. Реальной проблемой является то, как могут выглядеть инопланетяне, понравятся ли они землянам своим видом. Ведь они могут быть микробами или одноклеточными животными, или червями, которые населяли Землю в течение миллионов лет", — считает Хокинг.

По мнению Хокинга, у Вселенной все-таки будет финал, и человечеству не останется ничего другого, как покорять космос и осваивать новые планеты, и начать следует с Луны и Марса. "Расселение в космосе полностью изменит будущее человечества. Оно определит, будет ли у нас вообще какое-то будущее, — сказал ученый на научном фестивале в 2017 году. — Ясно, что мы вступаем в новую космическую эпоху. Мы стоим на пороге новой эры. Колонизация других планет человеком — это уже не научная фантастика, это может стать научным фактом".

Ссылка на основную публикацию
Стим показывает что я не в сети
Не редко пользователи Steam встречаются с проблемой, когда подключение к интернету есть, браузеры работают, но клиент Стим не грузит страницы...
Смарт часы что они умеют
В этой статье мы поговорим о том, для чего нужны умные часы, а также какими функциями они располагают чаще всего....
Смарт часы самсунг с сим картой
Хотите быть современным и модным человеком? Перестать зависеть от своего громоздкого смартфона? Только представьте, вы можете не брать телефон на...
Стим саппорт украли аккаунт
Если ваш аккаунт Steam украли или взломали, то до его восстановления вам необходимо выполнить действия, указанные ниже, иначе аккаунт может...
Adblock detector