Сделать стартовой  |  Добавить в избранное  |  RSS 2.0  |  Информация авторам
           Telegram канал ОКО ПЛАНЕТЫ                Регистрация  |  Технические вопросы  |  Помощь  |  Статистика  |  Обратная связь
ОКО ПЛАНЕТЫ
Поиск по сайту:
Тендеры и госзакупки Маркетинговые исследования Бизнес планы Авиабилеты и отели
Регистрация на сайте
Авторизация

 
 
 
 
  Напомнить пароль?



Дед, я тебя помню…


Навигация

Реклама


Загрузка...

Важные темы
Работа Дмитрия Медведева над «ошибками» страны...
Управление, как реальность: кое-что о Фурсенко, образовании...
Новые реалии методологии управления
Алекс Зес: Тезисы управления
США:У нас мало времени! Час расплаты близок!
Л.Ларуш: Америка рухнет первой. "Мы входим в период бунтов"
Теоретическая география


Анализ системной информации

» » » Повелитель черных дыр

» Повелитель черных дыр
7-01-2018, 22:06 | Наука и техника / Размышления о науке | разместил: Редакция ОКО ПЛАНЕТЫ | комментариев: (0) | просмотров: (1 736)

Повелитель черных дыр

Как Стивен Хокинг прожил 75 лет

Стивен Хокинг в условиях невесомости в 2007 году
Стивен Хокинг в условиях невесомости в 2007 году
Фото: wikimedia.org

В воскресенье, 8 января, британскому физику-теоретику Стивену Хокингу исполнилось 75 лет. Ученый, большую часть жизни проведший в инвалидном кресле, широко известен как популяризатор науки. Он уделяет внимание и таким актуальным проблемам человечества, как глобальное потепление, состояние окружающей среды, социальное неравенство. «Лента.ру» рассказывает об основных научных достижениях юбиляра.

Начало карьеры Стивена Хокинга пришлось на 1960-е годы. Именно тогда был проведен третий из классических экспериментов, подтверждающий справедливость общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Опыт Роберта Паунда и Глена Ребки, осуществленный в Гарвардском университете, продемонстрировал так называемое гравитационное красное смещение — изменение частоты света при его прохождении вблизи массивного объекта, например, звезды. Это послужило еще одним подтверждением принципа эквивалентности — фундаментального постулата общей теории относительности.

Когда окончательно стало ясно, что теория Эйнштейна верна, пришло время для изучения ее самых экзотических следствий: расширения Вселенной и возможности существования черных дыр — объектов, которых не могут покинуть попавшие в них тела или излучение.

Советский физик Александр Фридман в 1920-х годах вывел названные в его честь уравнения, описывающие эволюцию однородной и изотропной Вселенной. Независимо от него концепцию расширяющегося мира предложил бельгиец Жорж Леметр (именно его модель в 1949 году британский астроном Фред Хойл назвал, правда, лишь в шутку, теорией Большого взрыва). В конце 1930-х американские физики Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер впервые описали гравитационный коллапс — явление, в результате которого из звезд образуются черные дыры.

Большой взрыв — фактически рождение наблюдаемого мира — и черные дыры связаны с так называемыми гравитационными сингулярностями — особенностью пространства-времени, где уравнения общей теории относительности приводят к некорректным с физической точки зрения решениям. Именно сингулярностям посвящены первые научные труды Хокинга. В своей диссертации, опубликованной в 1965 году, Хокинг применил теоремы, сформулированные его коллегой, британским математиком Роджером Пенроузом, ко всей Вселенной.

Пенроуз первым объяснил возникновение черной дыры гравитационной сингулярностью. По Пенроузу, звезда превращается в черную дыру благодаря гравитационному коллапсу, сопровождающемуся рождением ловушечной поверхности. Теорема Пенроуза считается первым крупным математически строгим результатом теории Эйнштейна, а вклад Хокинга заключался в том, что он показал: Вселенная в момент и до Большого взрыва находилась в состоянии бесконечной плотности массы.

В 1972 году был открыт Лебедь X-1, находящийся на расстоянии более шести тысяч световых лет от Земли, — сильный источник рентгеновского излучения и первый кандидат в черные дыры. Сегодня считается, что объект представляет собой двойную систему из черной дыры и вращающегося вокруг нее голубого сверхгиганта. Материя звезды притягивается черной дырой, что и приводит к наблюдаемому сильному излучению. Полвека назад существование таких объектов вызывало сомнения, однако физики почти не сомневались в их реальности. Правда, Хокинг, за свою жизнь проигравший несколько споров, полагал, что как раз Лебедь X-1 не является черной дырой.

В начале 1970-х Хокинг с Брэндоном Картером и Дэвидом Робинсоном частично доказали гипотезу американского физика Джона Уилера, известную сегодня как теорема об отсутствии «волос» у черных дыр. Согласно теореме, изолированные незаряженные черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, характеризуются только двумя параметрами: массой и угловым моментом. «Волосы» в данном случае — все другие параметры.

«Эта теория (Эйнштейна — прим. «Ленты.ру») ведет к двум следующим предсказаниям для Вселенной. Во-первых, конечной стадией эволюции массивной звезды является коллапс за горизонт событий, при этом образуется черная дыра, внутри которой находится сингулярность. Во-вторых, в нашем прошлом существует сингулярность, которая в некотором смысле есть начало наблюдаемой Вселенной», — писали в 1973 году Хокинг и его соавтор, Джон Эллис, в своей знаменитой монографии «Крупномасштабная структура пространства-времени».

В 1960-е черные дыры пытались описать не только при помощи общей теории относительности, но и методами квантовой механики. В результате выяснилось, что квантовать классическую теорию гравитации таким же способом, как, например, классические электродинамику или механику, не получится. Хокинг пошел другим путем и применил к черным дырам термодинамику. «Термодинамика — это единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута», — писал Эйнштейн.

Энтропия в квантовой статистической механике — это логарифм числа микросостояний, посредством которых может быть реализовано данное макросостояние. Энтропия черной дыры, как установил израильский физик Якоб Бекенштейн, пропорциональна ее площади. Хокинг, систематически применяя термодинамику к черным дырам, вывел точную формулу энтропии.

В 1970-е Хокинг посетил СССР и встретился с Яковом Зельдовичем. В беседе с советскими учеными он узнал: оказывается, известный советский физик Владимир Грибов считает самим собой разумеющимся то, что черные дыры излучают — вследствие вакуумных флуктуаций. На горизонте событий образуются пары виртуальных частиц: одна из них, с положительной энергией, улетает от черной дыры, другая, с отрицательной, — падает в нее, тем самым уменьшая ее массу.

К сожалению, Грибов не опубликовал по этому поводу ни одной статьи, а Хокинг количественно рассчитал тепловой спектр черной дыры. Например, температура черной дыры солнечной массы — порядка одной миллионной кельвина. Отличить столь малую температуру от шума современными астрономическими методами невозможно. Исследование, посвященное излучению черных дыр, многие считают главной работой Хокинга.

В дальнейшем он пытался исследовать черные дыры при помощи функционального интеграла — чрезвычайно мощного математического аппарата, способного, в частности, перенормировать (устранить расходимости) теории калибровочных полей — теоретического фундамента современной Стандартной модели физики элементарных частиц. К сожалению, методы, действенные в квантовой теории поля, не оказались эффективными при наивном (то есть не в рамках теории струн) описании гравитации.

Применяя квантовую механику ко всей Вселенной, Хокинг попробовал определить свойства ее волновой функции. Согласно квантовой теории, вероятность частицы принимать то или иное состояние равна квадрату модуля волновой функции. Ее можно представить в виде суммы слагаемых (суперпозиции состояний), а сам процесс измерения, предполагающий наличие внешнего наблюдателя, сводится к извлечению одного из возможных слагаемых.

Впервые волновую функцию всей Вселенной и описывающее ее уравнение рассмотрели американские физики Джон Уилер и Брюс ДеВитт. Хокинг вместе с соавтором, Джеймсом Хартлем из США, предложили свою функцию, подчиняющуюся уравнению Уилера-ДеВитта. Таким образом они попробовали описать мир на допланковских масштабах. Из анализа такой волновой функции видно, что в момент Большого взрыва во Вселенной было только пространство без времени.

Концепция Хокинга и Хартли допускает существование параллельных миров, для которых определена единая волновая функция. В этом многообразии вселенных наблюдаемая человеком действительность — лишь одна из допустимых. По всей видимости, устройство мира несколько сложнее теорий Уилера, ДеВитта, Хокинга и Хартля, предполагающих существование волновой функции Вселенной, хотя дискуссии о ней продолжаются до сих пор.

Широкую известность Хокинг получил после того, как в апреле 1988 года была опубликована его научно-популярная книга «Краткая история времени». Она переведена на десятки языков и издана общим тиражом более десяти миллионов экземпляров. Образ ученого в инвалидном кресле, занимающегося исследованием самых необычных свойств Вселенной, никого не оставил равнодушным.

В 1990-е годы Хокинг продолжил исследования черных дыр, предложив слабую версию принципа космической цензуры. В сильной форме утверждение о том, что в пространстве-времени невозможны голые, то есть не скрытые от внешнего наблюдателя, сингулярности, сформулировал еще в 1973 году Пенроуз. В частности, для черной дыры сингулярности должны находиться под ее горизонтом событий. Пенроуз, в отличие от Хокинга, полагает, что принцип космической цензуры выполняется сразу во всем пространстве-времени.

В последние 10-15 лет Хокинг интересовался информационным парадоксом черных дыр. Сначала он утверждал, что информация, переносимая попавшими в черную дыру объектами, не сохраняется. Теперь думает иначе. По его мнению, информация не теряется, но трансформируется в непригодную для использования человеком форму. Именно этому посвящены, в частности, исследования, проведенные им совместно с Малкольмом Перри и Эндрю Строминжером, о которых «Лента.ру» писала ранее.



Источник: lenta.ru.

Рейтинг публикации:

Не нравится -1 Нравится





Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в:

 
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

 


Загрузка...







» Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
 


Новости по дням
«    Июль 2019    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031 

Погода
Яндекс.Погода


Реклама


Загрузка...

Опрос
Как по вашему мнению Украина изменится при президенте Зеленском?




Реклама
Загрузка...

Облако тегов
Аварии и ЧП на АЭС, Акция: Пропаганда России, Америка настоящая, Арктика и Антарктика, Блокчейн и криптовалюты, Воспитание, Высшие ценности страны, Геополитика, Готовим дома, Единая Россия, Импортозамещение, ИнфоФронт, Калита-Финанс, Кипр и кризис Европы, Кризис Белоруссии, Кризис Британии Brexit, Кризис Европы, Кризис США, Кризис Турции, Кризис Украины, Кризис в России, Лекарственные растения, Любимая Россия, Наука России, Неизвестный Путин, Новости Украины, Оружие России, Остров Крым, Правильные ленты, Простонародный лечебник, Россия, Сделано в России, Сильные землетрясения, Ситуация в Сирии, Ситуация вокруг Ирана, Скажем НЕТ Ура-пЭтриотам, Скажем НЕТ хомячей рЭволюции, Служение России, Солнце, Трагедия Фукусимы Япония

Показать все теги
Реклама


Популярные
статьи



Реклама одной строкой

    Главная страница  |  Регистрация  |  Сотрудничество  |  Статистика  |  Обратная связь  |  Реклама  |  Помощь порталу
    ©2003-2019 ОКО ПЛАНЕТЫ

    Материалы предназначены только для ознакомления и обсуждения. Все права на публикации принадлежат их авторам и первоисточникам.
    Администрация сайта может не разделять мнения авторов и не несет ответственность за авторские материалы и перепечатку с других сайтов. Ресурс может содержать материалы 16+


    Map