11 років тому Стівен Хокінг здійснив політ з нульовою гравітацією, щоб випробувати відчуття невагомості. Як сказав Хокінг, «люди не повинні обмежуватися фізичними обмеженнями до тих пір, поки вони не будуть інвалідами по духу». (Джим Кемпбелл / Мережа Aero-News)

4 наукових уроку Стівен Хокінг ніколи не вивчав

Навіть наші наукові герої не можуть бути правильними щодо всього. Давайте вивчимо уроки, яких вони ніколи не робили.

У 1960-х роках молодий фізик-теоретик на ім'я Стівен Хокінг став відомим студентом Роджера Пенроуза. До своєї середини 20-х років він довів ряд важливих теорем загальної відносності і був зіркою, що зростає, коли трагедія трапилася: йому поставили діагноз аміотрофічний бічний склероз (АЛС). Коли його м’язи слабшали, а тіло зраджувало його, він надзвичайно продовжував і розширював свою роботу, виконуючи блискучі і детальні обчислення, використовуючи методи, які він унікально розробив. Оскільки він став залежним від інвалідного візка для мобільності та втратив майже весь моторний контроль, він зробив важливі зміни у фізиці космічного часу та області чорних дір, те, як вони випромінюються та розпадаються та втрачають чи зберігають інформацію. Його популярні твори, як "Коротка історія часу", надихнули покоління вчених і любителів науки. І все ж, незважаючи на всі його досягнення, було кілька великих наукових уроків, які він помер, так і не дізнавшись. Навіть наші герої не досконалі.

Чорні діри не є ізольованими об'єктами в космосі, але існують серед матерії та енергії у Всесвіті, галактиці та зоряних системах, де вони мешкають. Вони ростуть, накопичуючи і пожираючи речовину та енергію, але також втрачають енергію з часом завдяки змагальному процесу випромінювання Хокінга. (Співпраця космічного телескопа Хаббл NASA / ESA)

З наукової точки зору те, що досяг Хокінг, було чудовим. У першому десятилітті своєї кар’єри він зробив більше, щоб розширити наші знання про Всесвіт, ніж більшість фізиків досягли за все життя. Його рання робота була зосереджена на теоремах сингулярності, описуючи, де фізика Всесвіту розпадається в загальній відносності. Хокінг продемонстрував, що ці умови є важливими фізично, а не просто математичними цікавинками. Чорні діри та інші особливі проміжки часу містили їх; Хокінг допоміг їх класифікувати та описати. Потім він вирішив горизонт подій, описуючи їхню область, температуру та ентропію, серед інших властивостей. Він писав про те, що сталося за умов, коли два горизонти подій злилися. Найвідоміше, що він застосував квантову теорію поля до умов навколо горизонту події, і виявив, що чорні діри повільно випаровуються через процес, який ми сьогодні називаємо випромінюванням Хокінга. До середини 1970-х він був титаном галузі астрофізики.

Випромінювання Хокінга - це неминуче результат прогнозів квантової фізики у криволінійному просторі, що оточує горизонт подій чорної діри. Ця діаграма показує, що енергія поза горизонту події створює випромінювання, тобто чорна діра повинна втратити масу, щоб компенсувати її. (Е. Зігель)

Він також зробив неймовірний вплив на суспільство, популяризував свою роботу та деякі езотеричні аспекти теоретичної фізики. Питання на кшталт "що відбувається, коли потрапляєш у чорну діру?" або "як народився Всесвіт?" не вважалося, що цікавить широку громадськість, але Хокінг довів скептики неправильно, продаючи мільйони примірників своїх книг і пізніше став знаковою знаменитістю за свою цікавість та навички спілкування. Він продемонстрував себе дотепним, жартівливим та оптимістичним у багатьох відношеннях, незважаючи на свої фізичні вади та нездатність голосувати своїми думками. Коли його тіло ще більше занепадало, його розум залишався гострим і цікавим, і він продовжував приймати студентів і писати наукові праці. Він навіть був важливим у вирішенні проблеми з відерним льодом, яка допомогла зібрати гроші та обізнаність на дослідження ALS. Він залишався активним, незважаючи на стан здоров'я, до дня своєї смерті.

Два роки тому Хокінг був серед команди багатьох світильників науки, комунікацій з наукою, космічних польотів та промисловості, які зібралися разом, щоб оголосити про нову ініціативу космічних досліджень

Його робота, його життя та науковий внесок зробили його натхненням для мільйонів у всьому світі, в тому числі і для мене. Але поєднання його досягнень і його пристрасть до АЛС - у поєднанні з його метеоричною славою - часто змушувало його захищати від виправданої критики. Як результат, він провів десятиліття, висуваючи помилкові, застарілі або вводить в оману претензії до широкого населення, які назавжди шкодили суспільному розумінню науки. Він стверджував, що має рішення проблем, що розпалися на побіжний погляд; він неодноразово проголошував людський день для людства, не маючи жодних доказів на підтвердження таких претензій; він ігнорував добру справу, яку зробили інші у власній галузі. Незважаючи на його неймовірні успіхи на ряді арен, є кілька великих наукових уроків, яких він так і не засвоїв. Ось ваш шанс навчитися їх зараз.

За досить довгі часові шкали чорні діри стискаються і випаровуються завдяки випромінюванню Хокінга. Ось де відбувається втрата інформації, оскільки випромінювання більше не містить інформації, щойно закодованої на горизонті. (Ілюстрація НАСА)

1.) Ми досі не знаємо, чи руйнують чорні діри інформацію. Чорна діра, за своєю суттю, може бути повністю описана лише трьома параметрами: її масою, імпульсом імпульсу та зарядом. Ця теорема про відсутність волосся суперечить тому, що предмети, які можуть потрапити - як, скажімо, книга, - містять набагато більше інформації, ніж це, а закони термодинаміки не дозволяють нам зменшувати інформацію (або ентропію), як час йде вперед. Незважаючи на те, що інформація в книзі може потрапляти на горизонт подій чорної діри, з часом ця чорна діра розпадеться до чисто теплового випромінювання: випромінювання Хокінга. Що це означає для інформації книги? Чи зберігається воно, якось, і заплутується у квантовому багрі випромінювання, яке випромінюється? Або він назавжди загублений у прірву чорної діри? Незважаючи на численні грандіозні претензії Хокінга, це питання залишається без відповіді. Парадокс інформації про чорну діру пережив творця парадокса.

Зірки та галактики, які ми бачимо сьогодні, не завжди існували, і чим далі ми йдемо, тим ближче до очевидної сингулярності Всесвіту набуває, але існує ця екстраполяція. (NASA, ESA та A. Feild (STScI))

2.) Великий вибух не вимагає особливості. Якщо Всесвіт сьогодні розширюється і охолоджується, то, мабуть, у минулому він був гарячішим, щільнішим і меншим. Екстраполяйте назад досить далеко, і ви можете уявити, як вся матерія та енергія у Всесвіті конденсуються в єдину точку: сингулярність. Але це повністю ігнорує все, що ми дізналися з 1979 року про умови, які створили Великий вибух. Він повністю ігнорує космічну інфляцію, яка говорить нам про те, що перед тим, як коли-небудь досягти того єдиного початку, Всесвіт описувався іншим фізичним станом, таким, який може взагалі не мати єдиного початку. Єдина теорема, що свідчить про те, що інфляційне стан не може бути вічним минулому, можна обійти кількома способами, тобто Всесвіт, можливо, взагалі не почалося з сингулярності. Не дивлячись на всі розмови Хокінга про те, що було раніше початку часу, Всесвіт не змушує нас вірити, що сам час обов'язково мав початок.

Ілюстрація уявного інопланетянина Europa Octo, який відпливає від скелі. Європу, місяць, що обертається навколо планети Юпітер, часто розглядають як найбільш вірогідний світ-кандидат в нашій Сонячній системі за межами Землі, щоб пережити життя. І хоча це може бути потенційно небезпечним для нас самих, це не обов'язково через зловмисні наміри. (Lwp Kommunikáció / flickr)

3.) Люди не приречені бути знищені інопланетянами, AI або нами самими. Хоча важливо бути обережними щодо дій, які ми сприймаємо як люди, уявляючи собі найгірший можливий результат і сприймаючи його як неминуче, це не лише фаталістично, це і погана наука. Безумовно, уважність до наших дій та політики є важливою, але, безумовно, так само важливо бути покірливим щодо тих сил, яких ми ще не розуміємо, і чесно вивчити всі аспекти того, що ми розуміємо.

Розумні прибульці можуть бути ворожими, або вони можуть сприймати людей як невластивих мурашок, але є вагомі причини вважати, що - якщо вони існують - вони можуть бути цікавими та мирними. Крім того, навіть якщо вони вороже, людство може пережити це так, як мурахи пережили нас. Навіть із забрудненням та глобальним потеплінням людство навряд чи зникне, і найбільша небезпека AI полягає не в тому, що роботи стануть усвідомленими та намагатимуться нас убити, а те, що нечестива людина запрограмує їх звернутися до нас. Людство належить вирізати наш власний сміливий шлях у Всесвіті перед невизначеністю, щоб не допустити, щоб наші найосновніші страхи щодо знищення відштовхували нас від наших найбільших амбіцій.

Частинки Стандартної моделі та їх суперсиметричні аналоги. Цей спектр частинок є неминучим наслідком об'єднання чотирьох фундаментальних сил у контексті теорії струн, але надсиметрія, теорія струн та наявність додаткових розмірів залишаються умоглядними та без будь-яких спостережливих доказів. (Клер Девід)

4.) Будьте скромні щодо власних умоглядних, недоведених ідей. Це підводний камінь, який вразив багатьох найвидатніших умів за всю наукову історію: закохатись у свої власні наукові ідеї настільки ґрунтовно, що ти їх вимовляєш із певністю, звичайно зарезервованою для перевірених, перевірених, надійних теорій. Безмежна пропозиція Хокінга є умоглядною і недоведеною, але Хокінг часто (в тому числі в "Короткій історії часу") про це буде говорити з тією ж певністю, що і про чорні діри. Ідеї, як дитячі Всесвіти, об'єднаюча теорія всього і вищі виміри, можуть бути загальними, але вони не мають доказів. У багатьох сенсах вони залишаються неперевіреними, тоді як в інших докази, які могли б їх підтримати, не змогли здійснити.

Це ніколи не зупиняло Хокінга від того, щоб їх промовляти, на жаль, повсюдно старанних вчених. Недоведені ідеї ніколи не повинні бути заміною законних фактів, але Хокінг у кожній книзі, яку він писав, ніколи не повідомляє вам, коли він відхиляється від підтвердженого та підтвердженого в цій спекулятивній царині, особливо там, де це стосується його власних ідей. Для інсайдера це схоже на визначення розпродажів: використання своєї слави та прихильності для самореклами, а не для навчання та з'ясування знань людства та меж цього знання.

Стівен Хокінг, у віці 73 роки (у 2015 році) разом із Річардом Овенденом та сером Девідом Аттенборо на відкритті бібліотеки Вестона в Оксфорді.

Стівен Хокінг був титаном науки, комунікації з наукою і стійким символом того, скільки може досягти людина з обмеженими можливостями в цьому світі. Його досягнення - особливо його наукова робота 1960–70-х років - створили яскраві сфери досліджень, які процвітають і сьогодні. Його слова хвилювали і надихали мільйони, щоб дізнатися більше про Всесвіт, а його вплив на суспільство був більшим, ніж будь-який науковий комунікатор з часів Карла Сагана. Тим не менш, є кілька простих і важливих уроків у галузі фізики і того, як бути доброю людиною, яких Хокінг ніколи не вивчав. Зараз він належить до віків, але і уроки, які він навчив нас, і уроки, яких він не зміг засвоїти для себе, відкриті для всіх нас. Нехай ми запам'ятовуємо його найкращим чином: підвищуючи власні знання та цікавість жити кращим життям.

"Стартує з вибухом" зараз на Forbes, і перевидано на "Середній" завдяки нашим прихильникам Patreon. Етан є автором двох книг: «За межами Галактики» та «Трекнологія: Наука про Зоряний шлях від трикутників до варп-драйву».