Стівен Гокінг був одним з найвидатніших фізиків-теоретиків сучасності. Він найбільш відомий своїми виступами в популярних засобах масової інформації і постійною боротьбою з виснажливою хворобою, але його справжній вплив пов'язаний з його блискучою п'ятдесятирічною кар'єрою в науці.
Починаючи з докторської дисертації в 1966 році, його новаторська робота тривала безупинно аж до його останньої роботи в 2018 році, завершеної всього за кілька днів до смерті у віці 76 років.
Стівен Гокінг працював на передових інтелектуальних рубежах фізики, і його теорії часто здавалися химерно далекими від реальності в той час, коли він їх формулював. Тим не менш, весь час з'являються нові підтверджуючі докази його теорій.
Від його новаторських поглядів на чорні діри до пояснення початку Всесвіту - ось деякі з його теорій, які були підтверджені... а деякі все ще витають у повітрі.
1 Великий вибух перемагає
Стівен Гокінг написав свою докторську дисертацію в критичний момент, коли йшли палкі суперечки між двома суперничаючими космологічними теоріями: Великим вибухом і стійким станом.
Обидві теорії визнавали, що Всесвіт розширюється, але в першій він розширювався з ультракомпактного, надщільного стану в кінцевий час в минулому, а друга передбачала, що Всесвіт розширюється вічно, при цьому постійно створюється нова матерія для підтримки постійної щільності.
У своїй дисертації Стівен Гокінг показав, що теорія сталого стану математично внутрішньо суперечлива. Замість цього він стверджував, що Всесвіт почався як нескінченно мала, нескінченно щільна точка, звана сингулярністю. Сьогодні опис Гокінга майже повсюдно прийнято серед вчених.
2 Чорні діри реальні
Ім'я Стівена Гокінга найбільше асоціюється з чорними дірами - ще одним видом сингулярності, що утворюється, коли зірка піддається повному колапсу під дією власної гравітації.
Ці математичні курйози виникли із загальної теорії відносності Ейнштейна, і вони обговорювалися десятиліттями, коли Гокінг звернув на них свою увагу на початку 1970-х років.
Згідно зі статтею в Nature, його геніальним ходом було об'єднати рівняння Ейнштейна з рівняннями квантової механіки, перетворивши те, що раніше було теоретичною абстракцією, на щось, що виглядало так, ніби воно дійсно могло існувати у Всесвіті.
Остаточний доказ того, що Стівен Гокінг був правий, з'явився в 2019 році, коли телескоп Event Horizon отримав пряме зображення надмасивної чорної діри, що ховається в центрі гігантської галактики Messier 87.
3 Випромінювання Гокінга
Чорні діри отримали свою назву через те, що їх гравітація настільки сильна, що фотони або частинки світу не можуть покинути їх. Але у своїх ранніх роботах з цієї теми Стівен Гокінг стверджував, що реальність більш складна, ніж ця монохромна картина.
Застосовуючи квантову теорію, а саме ідею про те, що пари «віртуальних фотонів» можуть спонтанно створюватися з нічого, він зрозумів, що деякі з цих фотонів, мабуть, випромінюються чорною дірою.
Ця теорія, яку тепер називають випромінюванням Гокінга, була нещодавно підтверджена в лабораторному експерименті в Ізраїльському технологічному інституті Техніона. Замість реальної чорної діри дослідники використовували її акустичний аналог - «звукову чорну діру», з якої звукові хвилі не можуть вийти. Вони виявили еквівалент випромінювання Гокінга в точності відповідно до передбачень фізика.
4 Теорема про площу чорної діри
У класичній фізиці ентропія або безлад системи, який може тільки збільшуватися з часом, ніколи не зменшується. Разом з Якобом Бекенштейном Гокінг припустив, що ентропія чорної діри вимірюється площею поверхні навколишнього її горизонту подій.
Недавнє відкриття гравітаційних хвиль, випромінюваних парами чорних дір, показує, що Стівен Гокінг знову мав рацію. Як Гокінг сказав BBC після першої такої події в 2016 році, "спостережувані властивості системи узгоджуються з передбаченнями про чорні діри, які я зробив в 1970 році... площа останньої чорної діри більша, ніж сума площ початкових чорних дір ". Пізніші спостереження надали подальше підтвердження «теореми про площу» Хокінга.
Отже, світ поступово приймає дивовижні передбачення Стівена Гокінга. Але є ще чимало речей, які ще належить довести тим чи іншим способом.
5 Інформаційний парадокс
Існування випромінювання Гокінга створює серйозну проблему для теоретиків. Здається, це єдиний фізичний процес, який видаляє інформацію з Всесвіту.
Основні властивості матеріалу, з якого утворилася чорна діра, здаються загубленими назавжди; випромінювання нічого не говорить нам про них. Це так званий інформаційний парадокс, який вчені намагалися вирішити десятиліттями.
Власний погляд Стівена Гокінга на загадку, опублікований в 2016 році, полягає в тому, що інформація насправді не втрачена. Вона зберігається в хмарі частинок з нульовою енергією, що оточує чорну діру, яку він назвав «м'яким волоссям». Але теорема Гокінга про волосату чорну діру - лише одна з декількох висунутих гіпотез, і на сьогоднішній день ніхто не знає справжньої відповіді.
6 Початкові чорні діри
Чорні діри створюються в результаті гравітаційного колапсу вже існуючої матерії, такої як зірки. Але також можливо, що деякі з них були створені спонтанно в дуже ранньому Всесвіті, незабаром після Великого вибуху.
Стівен Гокінг був першою людиною, яка глибоко вивчила теорію таких первинних чорних дір. Виявляється, вони можуть мати практично будь-яку масу, від дуже малої до дуже великої - хоча дійсно крихітні з них вже «випарувалися» через випромінювання Гокінга.
Одна інтригуюча можливість, розглянута Гокінгом, полягає в тому, що первинні чорні діри можуть становити загадкову темну матерію, яка, на думку астрономів, пронизує Всесвіт. Однак, поточні дані спостережень вказують на те, що це малоймовірно. У будь-якому випадку, в даний час у нас немає інструментів спостереження, щоб виявити первинні чорні діри або сказати, чи становлять вони темну матерію чи ні.
7 Мультивселяна
Однією з тем, над якою Стівен Гокінг працював наприкінці свого життя, була теорія мультивселенної - ідея про те, що наш Всесвіт, що почався в результаті Великого вибуху, є лише однією з нескінченної кількості співіснуючих бульбашкових всесвітів.
Гокінгу не сподобалося припущення деяких вчених про те, що будь-яка ситуація, яку ви можете собі уявити, повинна відбуватися прямо зараз десь у цій нескінченній безлічі.
У своїй останній статті 2018 року Гокінг прагнув, за його власними словами, «спробувати приручити мультивселену». Він запропонував нову математичну основу, яка, не відмовляючись від мультивселеної в цілому, зробила її кінцевою, а не нескінченною. Але, як і у випадку з будь-якими спекуляціями про паралельні всесвіти, ми поняття не маємо, чи вірні його ідеї. І навряд чи найближчим часом вчені зможуть перевірити його ідею.
8 Гіпотеза про захист хронології
Як не дивно це звучить, закони фізики - в тому сенсі, в якому ми їх розуміємо сьогодні - не забороняють подорожі в часі. Рішення рівнянь загальній теорії відносності Ейнштейна включають «замкнуті тимчасові криві», які дозволять вам повернутися в своє минуле.
Стівена Гокінга це турбувало, тому що він відчував, що подорож у часі тому породжує логічні парадокси, які просто неможливі.
Тому він припустив, що якийсь невідомий зараз закон фізики запобігає виникненню замкнутих тимчасових кривих - його так звана «гіпотеза захисту хронології». Але «здогадка» - це просто «здогадка» науковою мовою, і ми дійсно не знаємо, чи можлива подорож у часі чи ні.
9 Немає творця
Одне з питань, яке найчастіше ставлять космологам, - «що відбувалося до Великого вибуху?»
На думку Стівена Гокінга, це питання не має сенсу. Фактично сам час, а також Всесвіт і все, що в ньому, почалося з Великого вибуху.
«Для мене це означає, що у творця немає можливості існувати, - сказав він, - тому що у творця немає часу існувати». Багато людей не погодяться з цією думкою, але Стівен Гокінг висловлював його неодноразово протягом усього свого життя.
Це твердження майже напевно потрапляє в категорію «ніколи не буде вирішено тим чи іншим способом».
10 Пророцтва Судного Дня
В останні роки свого життя Стівен Гокінг зробив серію похмурих пророцтв щодо майбутнього людства, до яких він, мабуть, ставився цілком серйозно
Вони варіюються від припущення про те, що невловимий бозон Хіггса, або «частинка Бога», може викликати вакуумну бульбашку, яка поглине всесвіт, до ворожих інопланетних вторгнень і захоплення влади штучним інтелектом. Хоча Стівен Гокінг мав рацію в багатьох речах, нам залишається тільки сподіватися, що він помилявся в цих.