Космолог Стивен Хокинг уходит из жизни в возрасте 76 лет

Брайан Дайн
10 апреля 2018 г.

Известный космолог, физик-теоретик и писатель Стивен Хокинг умер в своем доме в Кембридже (Англия) в ночь на 14 марта. Ему было 76 лет. Хокинг оставил после себя двух своих бывших жен, Джейн Уайльд и Элайн Мейсон, троих детей и троих внуков.

Стивен Хокинг в 1980-е годы

В жизни Хокинга есть много достойного восхищения. Он прошел богатый научный путь, сыграв ключевую роль в углублении нашего понимания гравитационной физики, термодинамики, квантовой механики и космологии. Он также написал множество книг, популяризирующих науку. К ним относится в первую очередь его работа 1988 года Краткая история времени, которая оставалась в списке бестселлеров британской газеты Sunday Times на протяжении 237 недель.

Его достижения выглядят тем более удивительно, если учесть, что, начиная 21-летнего возраста, Хокинг страдал болезнью моторных нейронов (также известной как боковой амиотрофический склероз или болезнь Лу Герига). Болезнь сковала его движения креслом-коляской и, в конечном итоге, заставила его разговаривать с помощью синтезатора речи. Несмотря на это, он продолжал работать и жить, более чем на полвека пережив первоначально отведенные ему врачами два года жизни. Борьба, с которой столкнулись Хокинг и его первая жена Джейн Уайльд, равно как и его болезнь, нашли отражение в мелодраматическом фильме Теория всего (другое название — Вселенная Стивена Хокинга), вышедшем в 2014 году.

Хокинг родился в 1942 году в Оксфорде (Англия), куда его родители переехали, чтобы защитить ребенка от бомб, падавших с немецких самолетов на Лондон во время Второй мировой войны. Когда ему было 8 лет, он переехал в город Сент-Олбанс, где его отец, Фрэнк, возглавил отдел паразитологии в Национальном институте медицинских исследований. Благодаря путешествиям своего отца за границу и друзьям его матери Хокинг провел значительную часть своей юности рядом с поэтом Робертом Грейвсом (известным по историческому роману Я, Клавдий, 1934).

Он начал свою карьеру физика в Университетском колледже Оксфордского университета в 1959 году, после того как обнаружил, что в университете отсутствует отдельная программа по математике. Хотя он был не самым прилежным студентом (Хокинг утверждал, что на всю свою научную карьеру потратил всего лишь тысячу часов, что является примерно одной четвертой от среднего времени обучения студента), он тем не менее развил в себе твердое понимание теоретической физики и получил высшие награды, прилагаемые к академической степени выпускника Оксфорда, что позволило ему продолжить учебу в Кембридже.

Обучение Стивена в аспирантуре прекратилось почти сразу же, как только он заболел болезнью Лу Герига. По прошествии нескольких месяцев, когда врачи поняли, что частный случай болезни Хокинга протекает очень медленно, Хокинг вернулся к своей работе по общей теории относительности и космологии. В 1966 году он получил докторскую степень за диссертацию, в которой им была рассмотрена концепция пространственно-временной сингулярности, разработанная Роджером Пенроузом для исследования черных дыр, и применена математика для изучения структуры всей Вселенной.

Существование черных дыр впервые было предсказано в 1915 году Карлом Шварцшильдом, использовавшим опубликованные незадолго до этого уравнения гравитационного поля в общей теории относительности, выведенные Альбертом Эйнштейном. Эйнштейн показал, что массивный объект может искривлять траекторию движения света при движении последнего из одной точки в другую. Шварцшильд взял эту идею на вооружение и исследовал вопрос о том, что может произойти, если масса объекта увеличится до произвольно взятого максимума. Он обнаружил, что в конечном итоге огромная масса объекта создает область пространства-времени, которая настолько сильно искривляет луч света, что траектория его движения образует кольцо и никогда не может выйти за его пределы. Этот объект является «черным», потому что из него не излучается свет, и «дырой» — потому что ни свет, ни какая-либо форма материи не могут покинуть него.

Пенроуз изучал область математики, которая описывает, что происходит внутри черной дыры. Он пришел к выводу, что материя не только попадает в западню, но и становится все плотнее и плотнее — до бесконечности. Согласно его доводам, с помощью общей теории относительности можно предсказать существование в центре черной дыры точки, обладающей бесконечной массой и нулевым объемом, т.е. сингулярности. Хокинг согласился с этой идеей и объединил ее с теорией расширяющейся Вселенной. Он сделал вывод, что если вообразить себе развитие Вселенной до Большого взрыва, то в этом случае она должна представлять собой одну из сингулярностей Пенроуза.

Самый большой вклад Хокинга в теоретическую физику заключается в его попытках сочетать физику черных дыр с термодинамикой — теорией, описывающей связь между теплом и всеми существующими формами энергии. Хокинг использовал схему, разработанную физиком Яаковом Бекенштейном, чтобы показать, что, вопреки общепризнанным теориям, черные дыры обладают температурой, а это значит, что они должны излучать энергию и с течением времени терять свою массу.

Хотя этот эффект был предсказан как крайне незначительный для известных черных дыр, он противоречит идее о том, что черные дыры являются вечно растущими объектами, в которых, в конечном итоге, сосредоточится вся материя, находящаяся во Вселенной. Более того, для расчета механизма, посредством которого черные дыры испускают излучение, необходимо задействовать квантовую механику. На сегодняшний день это излучение является единственным явлением, которое для своего объяснения требует сочетания математического аппарата, описывающего термодинамику, квантовую механику и общую теорию относительности.

Картинка, изображающая слияние двух черных дыр [NASA/CXC/A.Hobart]

И хотя излучение «Бекенштейна-Хокинга» прямо или косвенно еще не было обнаружено, оно общепризнано среди ученых и привело к большому количеству других открытий в теоретической физике и космологии. Это излучение также играет ключевую роль в любой теории квантовой гравитации, — бесчисленных попытках полностью объединить общую теорию относительности и квантовую механику, — в качестве одного из важнейших компонентов в процессе проведения экспериментальных испытаний.

Вклад Хокинга в физику черных дыр выдвинул его в ряд выдающихся ученых своего поколения. Однако именно после публикации Краткой истории времени он стал известен во всем мире. Книга, написанная для неспециалистов, для миллионов людей явилась отправной точкой в изучении таких космических явлений, как Большой взрыв и черные дыры.

Языком, доступным для непрофессионалов и молодых людей, Хокинг описывал такие сложные теории, как законы квантовой физики и «теория всего», поиски которой ведутся до сих пор.

Краткая история времени была первой работой в серии научно-популярных книг, включающих следующие труды: Мир в ореховой скорлупке, На плечах гигантов и Бог создал целые числа: Математические прорывы, которые изменили историю.

Хокинг призывал читающую публику искать рациональные ответы и объяснения всему. «Моя цель проста, — говорил он в 1985 году. — Это полное понимание Вселенной, почему она такая, какая есть, и почему она существует вообще». В 1988 году он сказал немецкому журналу Der Spiegel: «Мы просто продвинутая порода обезьян на маленькой планете очень посредственной звезды. Однако мы можем понять Вселенную. Это делает нас чем-то особенным».

Хокинг на протяжении всей своей жизни в целом был сторонником левых политических взглядов. Он заявил, что вторжение в Ирак в 2003 году было «военным преступлением». Кроме того, он проводил кампанию против ядерного оружия, выступал против израильского угнетения палестинцев, а также против сокращения бюджетного финансирования Национальной службы здравоохранения Великобритании, которая дала возможность Хокингу прожить до семидесяти с лишним лет.

Хокинг всегда придерживался материалистической концепции Вселенной. Даже когда его здоровье ухудшилось, его глубокое понимание законов движения, управляющих материей в космических масштабах, заставило его отвергнуть религию и мистицизм как способ познания мира. Он заявил в 2011 году:

«Каждый волен верить в то, во что он желает. Но, на мой взгляд, самое просто объяснение — Бога не существует. Никто не создал Вселенную, и никто не управляет нашей судьбой. И это приводит меня к осознанию того, что не существует Рая и жизни после смерти. У нас есть всего лишь одна жизнь, чтобы оценить величие и красоту нашего мира. И за это я премного благодарен».