Стивен хокинг рассказ обо всем вселенная

—

Здравствуйте. Меня зовут Стивен Хокинг. Я физик, исследователь космоса и немного мечтатель. Хотя я не могу двигаться и общаюсь с помощью компьютера, в своем сознании я свободен.

Свободен, чтобы путешествовать по Вселенной и рассказывать об увиденном. Это рассказ о том, что существует с момента появления космоса. О создании нашего мира и всего того, что мы в нем имеем. А так же о далеком-далеком будущем и конце этой Вселенной. Это путешествие в пространстве и во времени. Смотрите нашу программу!

Я много времени думаю о Вселенной, но мне это не наскучивает. Ведь это необычное место. Это наш космос в очень большом масштабе. Каждая крохотная точка это целая галактика – скопление, по меньшей мере, четырехсот миллиардов отдельных звезд. Такой вид Вселенной возможен благодаря новейшим компьютерам. Наша Вселенная удивительно красивая. Бессчетное множество галактик, образующих бескрайнюю паутину, распространяющуюся во всех направлениях.

Я до сих пор не перестаю удивляться факту, что внутри этой огромной Вселенной находится одна спиралевидная галактика.

Внутри этой галактики – одна обычная желтая звезда.

А вокруг нее вращаются восемь планет. На одной из этих планет живет один вид, который понял, как красива эта Вселенная. Этот вид – мы.

За последнее столетие мы узнали о космосе больше чем за всю предыдущую историю человечества, и теперь мы разгадываем тайны, по меньшей мере, двухсот тысяч лет, вызывавшие недоумения наших предков. Больше всего мне нравится, что эти факты поразительно элегантны и удивительны.

Мы живем и вдруг приходим к пониманию, что Земля и все вокруг нас было создано звездами. Бурлящие печи водородного газа подобные нашему Солнцу создали даже атомы в ваших ресницах. Мы пришли к выводу, что наша Вселенная, даже трудно представить какая древняя. Ей 14 миллиардов лет и она будет существовать, по крайней мере, в два раза дольше этого. Но бесспорно самые удивительные факты это то, что вся огромная Вселенная, все бесчисленные галактики и даже пространство и время это силы природы, материализовавшиеся из ничего.

Сейчас прекрасное время, чтобы жить. Пусть мы всего лишь высокоразвитая порода обезьян, живущая на маленькой планете, но мы можем размышлять о Вселенной в целом, и одно это делает нас особенными. Моя цель всегда была проста – понять, как существует планета и почему она вообще существует. По счастью везде есть подсказки и самая главная – у нас над головой.

Внимательно изучите небольшой кусочек ночного неба. Пусть он даже будет не больше булавочной головки. И вот что вы там увидите: крошечную часть огромной паутины галактик. Она меньше одной миллионной части космоса, которую мы видим с нашей маленькой планеты, но даже этого крохотного кусочка достаточно, чтобы найти ключ к прошлому, настоящему и даже возможно к будущему. Он заключается в том, что с Земли все эти далекие галактики кажутся слегка красноватыми. Как будто мы смотрим на них сквозь розовые очки.

Именно эта краснота говорит нам о том, как родилась Вселенная. Я вам сейчас объясню как, но для этого мне нужна прямая дорога и шумная машина.

Прислушайтесь к звуку, когда она проносится мимо. Когда машина подъезжает, шум ее двигателя возрастает, а когда удаляется, он ослабевает.

Этот феномен называется эффектом Доплера. То же самое происходит и со светом. Если бы наши глаза были более восприимчивы к свету, мы бы увидели, что приближаясь к нам, машина кажется синеватой, а удаляясь – красноватой.

Эти законы работают и в космосе.

Все далекие галактики слегка красноватые, то есть согласно тем же самым основным законам физики, они от нас отдаляются. Фактически вся Вселенная во всех направлениях расширяется. Она становится все больше и больше, как надувающийся воздушный шар.

Я согласен, это звучит несколько странно, но для исследователей космоса это подобно выигрышу в лотерею. Чтобы понять, откуда произошла Вселенная, надо остановить время и обратить его вспять.

Если мы прокрутим время далеко назад, все станет друг к другу ближе. Гораздо ближе. Все галактики и вообще все сходится в одной точке. Все началось 13 миллиардов 700 миллионов лет назад.

Это действительно очень просто. Используйте подсказки, и тогда нам станет ясно, что в очень далеком прошлом Вселенная появилась в результате взрыва, называемого Большим Взрывом.

Боюсь нам надо остановить это мгновение. В самом начале не было никакого огня и шума. Этот взрыв произошел в кромешной тьме, ведь света тогда тоже еще не существовало. Чтобы его разглядеть, нужно было иметь специальное космическое ночное видение. Но увидеть это из космоса было невозможно. Это опять покажется вам странным, но космос тогда тоже не существовал. То есть никакого внешнего мира не было. Был только внутренний мир.

Эта первозданная Вселенная была очень странным местом. Мне до сих пор хочется о ней кое-что узнать, но обычные понятия о времени или пространстве здесь не работают. Это был почти прозрачный, но сверхгорячий энергетический туман.

Потом он начал расширятся. Это сопровождалось огромной вспышкой радиации. За триллионную долю секунды она выросла из точки, размером меньше атома в облако размером с апельсин. Это произошло почти мгновенно. Вселенная появилась, надувшись, как шарик. С каждой секундой разворачиваясь и становясь все больше и прохладнее. Через 100 секунд она была уже размером с нашу солнечную систему, протяженностью несколько триллионов километров.

Пока все это происходило, чистая энергия космоса начала остывать и создавать материю в виде бесконечных триллионов частиц – субатомов. Это была первая когда-либо существовавшая материя. Половина этих частиц была сделана из материи, подобна той, из которой созданы и мы. Вторая половина – их противоположного вещества, называемого антиматерией. Когда обе эти субстанции встречаются в энергетической вспышке, они друг друга уничтожают.

Представьте, что вы летите на ракете и покидаете Землю. Покидаете Солнечную систему. Покидаете нашу галактику. Прорываетесь через край наблюдаемой Вселенной и оставление нашего космоса позади (что было бы невозможно, так как вам пришлось бы двигаться быстрее скорости света).

Читайте также: Что такое мультивселенная?

Теперь вы путешествуете по непостижимой пустоте эоны, только чтобы натолкнуться на другую вселенную, с другой галактикой внутри нее, с другой Солнечной системой, другой Землей … и еще одним вами, сидящим там и читающим эту статью.

Это мультивселенная, и это может быть естественным предсказанием физических теорий, определяющих начало Вселенной. А может и нет. Как показали новые исследования, сложно сказать.

В основном космологи считают, что, когда наша Вселенная была чрезвычайно молодой — возрастом менее одной триллионной триллионной секунды — она ​​сошла с ума. За мельчайшие доли момента времени (опять же, с участием триллионных и триллионных долей секунды) Вселенная стала действительно очень большой.

Насколько большой? Трудно сказать точно, потому что эта концепция в высшей степени гипотетична, но «намного больше, чем вы думаете» должно хватить. Большинство моделей этого события, называемого инфляцией, призывают к созданию Вселенной, которая как минимум в 10-52 раза больше наблюдаемого объема космоса. Поскольку размер этого наблюдаемого пятна уже составляет 90 миллиардов световых лет, это означает, что истинная протяженность нашей Вселенной настолько велика, что это почти непостижимо.

Читайте также: Путешествие во времени возможно в мультивселенной — ученые

Инфляция решает множество проблем в стандартной космологии Большого взрыва — модели, которая описывает, как возникла Вселенная, — например, тот факт, что области Вселенной, значительно удаленные друг от друга, имеют примерно одинаковую температуру. Согласно теории инфляции, эти регионы когда-то были намного уютнее и хорошо знали друг друга, пока инфляция не разорвала их на части.

Есть еще одно возможное последствие инфляции: этого может не быть. В самом деле, этого может никогда не случиться. Это называется «вечной инфляцией», и эта идея описывает, как Вселенная в самых грандиозных масштабах всегда может раздуваться, и только крошечные карманы сжимаются, чтобы стать нормальными, степенными пятнами, такими как наши собственные. Каждая отсеченная островная вселенная будет разделена огромной пропастью небытия, а острова будут лететь друг от друга быстрее света (потому что это то, что делает инфляция).

Эти островные вселенные, встроенные в большую «мультивселенную», никогда не встретятся и никогда не смогут разговаривать друг с другом. На самом деле было бы невозможно найти прямые доказательства их существования. 

Без этих прямых доказательств, могли бы мы хотя бы сделать обоснованное предположение относительно того, вероятна ли мультивселенная или нет? Если мы всего лишь один пузырь в гигантской ванне, наполненной пеной, расширяющейся быстрее света, как мы сможем это выяснить?

Первый шаг — проверить инфляцию. Есть некоторые признаки того, что в ранней Вселенной произошло нечто вроде инфляции. Колебания космического микроволнового фона или света, испускаемого, когда наша Вселенная начала охлаждаться, когда ей было 380000 лет, имеют структуру, которая соответствует тому, что вы бы увидели, если бы произошла инфляция. Никакая другая теория ранней Вселенной не соответствует этому световому образцу.

Читайте также: В мультивселенной больше жизни, чем предполагалось

Так что хорошо. Но «инфляция» — это не единственная теория. Это больше похоже на класс или категорию теорий. Разные модели предполагают разную физику, разные движущие силы, разные причины и разные последствия этого события. Поскольку все эти теории основаны на гипотетических моделях экстремальной физики ранней Вселенной, слишком рано говорить, какие из теорий — если таковые имеются — верны.

Физики подозревают, что вечная инфляция носит общий характер и является следствием большинства, если не всех, моделей инфляции. Итак, следуя этому подозрению, если инфляция верна, то вечная инфляция также, вероятно, верна, и мультивселенная может быть реальной.

Излишне говорить, что существование мультивселенной — довольно странная теория. Если вечная инфляция верна, тогда существует не одна вселенная или множество вселенных, а бесконечное количество карманных вселенных. Каждый из них потенциально поддерживает свои собственные законы физики и расположение частиц. Таким образом, если количество способов упорядочения материи и энергии конечно — есть только определенное количество способов построить вселенную — то бесконечная мультивселенная требует повторяющихся копий одной и той же физической ситуации, даже если какая-либо конкретная комбинация физических конфигураций невероятно редка. .

Это означает, что есть ваша копия на некотором конечном (но очень далеком) расстоянии. И еще одна копия за этим. И другой. И другой. Бесконечность вас делает то же самое.

Но мы можем сказать, что мультивселенная вероятна только в том случае, если вечная инфляция действительно носит общий характер (то есть является общей чертой большинства, если не всех моделей инфляции), что именно так утверждает группа физиков в недавней статье, опубликованной для препринт базы данных arXiv и представленный в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Они пропустили большое количество моделей инфляции через измельчитель, варьируя типы моделей и параметры моделей, считая, какие из них были делом раз и навсегда, а какие привели к вечной инфляции и мультивселенной.

Читайте также: Мультивселенная: Опубликована последняя работа Стивена Хокинга

Во-первых, они обнаружили, что вечная инфляция не так распространена, как первоначально предполагалось. Их объяснение того, почему космологи считали вечную инфляцию универсальным, было тем, что те более ранние космологи изучали лишь ограниченный набор моделей. Они обнаружили, что многие жизнеспособные модели инфляции («жизнеспособные» здесь означают, что они явно не противоречат наблюдениям) не приводят к сценарию вечной инфляции.

Однако исследователи обнаружили, что трудно даже справиться с измерением «общности» чего-то вроде вечной инфляции, поскольку мы плохо разбираемся в моделях инфляции и в том, как они работают. Они утверждали, что невозможно дать однозначный ответ на вопрос об универсальности, потому что нам еще предстоит многое узнать о физике инфляции.

Так есть ли еще вы, читающие ту же самую статью? Наука говорит: трудно сказать.

Напомним, ранее сообщалось, что впервые создана модель Вселенной, охватывающая миллиарды световых лет.

Миром правят идеи. Яблоко, упавшее на голову Исаака Ньютона, навело его на мысль о создании теории гравитации. Коперник, взглянув в телескоп, пришел к выводу, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Его открытия и идеи послужили началом научной революции. Столетия спустя Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности, в Стивен Хокинг всю свою жизнь посвятил изучению черных дыр. Труд каждого из них по отдельности, а также идеи и предположения великих ученых о Вселенной, позволили нам с вами наслаждаться фотографиями других «Солнечных систем» и разглядывать горы на Марсе, не выходя из дома. Между тем, Стивен Хокинг размышлял об удивительной физике черных дыр не имея на руках никаких данных, подтверждающих существование этих объектов (как и Эйнштейн). Его идеи, в конечном итоге, нашли научное подтверждение. Так, знаменитый парадокс черных дыр гласит, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая. Но если это так, то что в таком случае происходит с информацией? Недавно физики-теоретики пришли к выводу, что информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает их черной дыры. Но куда и что происходи с ней потом?

От идеи до фото черной дыры

Размышлять о самых таинственных объектах во Вселенной Хокинг начал в 1970-х годах. Представляя мощнейшую гравитацию черных дыр, окруженную горизонтом событий – невидимым пузырем, отмечающим границу невозврата – он понял, что теория Эйнштейна также означала, что горизонт событий черной дыры не может уменьшиться. Черная дыра только набирает массу, поэтому общая площадь поверхности ее горизонта событий только растет.

Это была невероятно смелая идея. Но Хокинг пошел еще дальше и предположил, что черные дыры могут не только «разделяться надвое», но и исчезать, словно мыльные пузыри. В 1973 году, в соавторстве с Джеймсом Бардином (сегодня сотрудник Вашингтонского университета) и Брэндоном Картером (научный сотрудник в Французского национального центра научных исследований), Стивен Хокинг изложил свои идеи.

В работе, в частности, содержалось несколько тревожных звоночков для физики, в том числе «Теорема об отсутствии волос», согласно которой площадь поверхности горизонта событий – это мера всей информации, поглощаемой черной дырой. Иными словами, черной дыре все равно, потребляет она материю или антивещество. Эти объекты обладают всего тремя свойствами: массой, спином и электрическим зарядом. Никакие другие детали или «волосы» не регистрируются.

Но, сюрприз! Не так давно астрономы обнаружили, что у черных дыр есть "волосы", то есть дополнительные параметры, которые зависят от поглощенной материи. Как показали результаты работы, опубликованной в журнале Physical Review D, «экстремальные» черные дыры — те, чей спин или электрический заряд полностью исчерпан — действительно имеют несколько тонких «волосков». Как отмечают авторы исследования, "волосы" черных дыр однажды можно будет уловить с помощью детекторов гравитационных волн (LIGO и VIRGO). Подробнее о Теореме об отсутствии волос я рассказывала в этой статье.

Вернемся к идеям Хокинга. Для начала вспомним знаменитое уравнение Эйнштейна E равно MC в квадрате – энергия равна массе, умноженной на скорость света в квадрате. Энергия и масса – это одно и то же. Они равноценны. Выходит, можно превратить массу в энергию и энергию в массу.

Вокруг черной дыры, как известно, очень горячий газ и экстремально высокие температуры, сильные магнитные поля, и, возможно, много энергии. И эта энергия может проявляться в виде частиц, массы. А еще энергия всегда создает пары частица/античастица.

Такие частицы физики называют виртуальными частицами. Эти крошечные частички возникают, затем аннигилируют и … вновь становятся энергией. И это происходит вокруг нас постоянно.

Итак, если то же самое происходит вблизи черной дыры, вполне возможно, что одна из этих маленьких частиц попадет в черную дыру, а другая вырывается наружу. Сегодня исследователи считают, что выход частиц наружу возможен благодаря действию самой гравитации — обычной гравитации с одним слоем квантовых эффектов. Между тем, в 1974 году Стивен Хокинг вычислил, что квантовые эффекты приведут к медленной утечке информации и взрыву черной дыры.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram! Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Старый взгляд на черные дыры

Стремление понять, что происходит с информацией в черной дыре, изменило фундаментальную физику. Сегодня на карту поставлено, играют ли эйнштейновская гравитация, которая управляет космосом, и квантовая механика, которая управляет микрокосмом, по одним и тем же правилам.

Все началось с осознания Хокингом того, что общая площадь горизонта черных дыр не может уменьшиться, – отмечают исследователи.

Но без черных дыр, на которых можно было бы экспериментировать, идеи Хокинга нельзя было проверить. Примечательно, что подтверждение его идей было опубликовано этим летом в журнале Physical Review Letters. Команда, возглавляемая Максимилиано Изи, физиком из Массачусетского технологического института, и его коллегами, потратила годы на изучение деталей результатов LIGO (речь об обнаружении гравитационных волн, подробнее здесь) и в июле наконец объявила, что Хокинг был прав, по крайней мере, в отношении этого конкретного столкновения с черной дырой.

Как пишет The New York Times, в 2017 году исследователи смогли заглянуть «внутрь» черных дыр с помощью компьютерной симуляции.

Результаты показали, что когда формируется новая черная дыра, она «вибрирует», генерируя разные тональности. Высокие тональности оказываются невероятно «громкими» в процессе рождения черной дыры. И определяя тональность физики подтвердили Теорему об отсутствии волос, согласно которой, напомню, черную дыру можно описать только тремя характеристиками.

Произведя расчеты, авторы нового исследования пришли к выводу, что черные дыры действительно увеличиваются в размерах – как и предсказывал Хокинг в 1970-х годах.

Новый взгляд на черные дыры

И все же, множество вопросов по-прежнему не имеют ответа. И, честно говоря – как видно из двух описанных выше исследований – современная физика рисует крайне противоречивую картину. Так что даже наше представление горизонта событий тоже может измениться.

Интересно, что именно Стивен Хокинг, вместе с физиком-теоретиком Леонардом Сасскиндом, недавно выдвинули идею о том, что черная дыра не способна уничтожать информацию. При этом предполагается, что черная дыра поглощает все: пространство и время изгибаются в черную дыру, а вырваться оттуда не может ничто, даже кванты самого света.

Это означает, что любая информация о материале, который попал в черную дыру, навсегда исчезла. И единственное, что мы об этом знаем – это то, что по мере того, как черная дыра поглощает материал, она становится все более массивной.

Фактически, каждый поглощенный черной дырой объект добавляет ей массу. И по мере того, как черная дыра эту массу набирает, ее горизонт событий становится больше. По сути, область, где пространство настолько искривлено, начинает расширяться тем больше, чем массивнее черная дыра. Самые массивные черные дыры во Вселенной, о существовании которых мы знаем, во много миллиардов раз превышают массу нашего Солнца.

Так возможно ли тогда – если все попадает в черную дыру и остается там навеки – что пространство и время тоже становятся узниками черной дыры? Что происходит со всей этой информацией, оказавшейся внутри космического монстра? Многие полагают, что чтобы ответить на эти вопросы, необходимо пересмотреть наше понимание черных дыр. Может быть, горизонта событий в истинном смысле не существует? Или существуют особые хитрости, с помощью которых извлечь оттуда информацию все-таки можно?

Вам будет интересно: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Не исключено, что существует некая форма энергии, которая со временем плавно покидает черную дыру (как и предсказывал Хокинг). А если учитывать последние открытия в области квантовой механики, и вовсе назревает вопрос – могут ли квантовые эффекты, очень близкие к горизонту событий, действительно разделить нечто, называемое виртуальными частицами, на энергию самого пространства?

Спекулятивные идеи и развитие физики

Итак, если предположить, что масса черной дыры начинает уменьшаться, то со временем частицы начнут испариться. И, возможно, в этих виртуальных частицах есть что-то такое, что содержит некоторую информацию о черной дыре и о том, что в нее попало. Таким образом, горизонт событий может быть чем-то вроде информационной оболочки. Безусловно, это невероятно спекулятивное предположение, однако невероятно интересное.

Попав в черную дыру все объекты останавливаются во времени. И прямо на этой границе горизонта событий может находиться некая двумерная поверхность (представим это так), которая каким-то образом содержит всю информацию о том, что находится внутри черной дыры. Это, в свою очередь, порождает еще больше вопросов – может ли вокруг черной дыры, где пространство и время уничтожены, существовать подобная «информационная оболочка»?

Больше по теме: Как умирают черные дыры?

Все больше современных физиков задаются вопросом об устройстве Вселенной в более крупном масштабе. Кто знает, может быть, черные дыры демонстрируют нам основополагающую природу реальности – что на самом деле существует двумерная поверхность чего-то, что содержит всю информацию обо всей Вселенной. Может быть, в каком-то смысле мы являемся частью этой гигантской информационной системы.

В конечном итоге, сама Вселенная может быть информацией, содержащейся в двумерной структуре, а не в трех измерениях, о которых нам сегодня известно.

Согласна, звучит не только спекулятивно, но и невероятно странно. Как-то и говорить о таком неловко. И все же, сегодня мы наблюдаем за черными дырами, фотографируем их и разглядываем. А подобные идеи могут подсказать физикам, в каком направлении им следует двигаться. В конце концов, изучая микромир, мы погружаемся в невероятно сложные структуры и наблюдаем нелогичное поведение элементарных частиц. Когда же мы смотрим в телескоп, то видим такие же сложные структуры, многие из которых, например черные дыры, на первый взгляд не имеют смысла.

Читайте также: Черные дыры могут оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время

Со временем, надеюсь, ученые смогут выяснить, как все устроено во Вселенной хотя бы на уровне черных дыр. А так как идеи – движущая сила науки и цивилизации, новый взгляд на этих космических монстров может пролить свет на бесконечную темному как горизонта событий, так и бескрайнего космоса.