Стивън Хокинг за много неща беше прав, но понякога може би и грешеше: най-смелите идеи на учения

Някои от теориите на Хокинг революционизираха начина, по който разглеждаме Вселената, но други все още озадачават учените. Ето едни от най-точните, странните и недоказани предположения на великия учен.

Стивън Хокинг беше един от най -големите теоретични физици на нашето време, чиято кариера продължи повече от 50 години, въпреки прогнозите на лекарите (той страдаше от амиотрофична латерална склероза (АЛС), която е тежко нелечимо заболяване на централната нервна система, водещо до парализа на крайниците и атрофия на мускулите). Започвайки с докторската си дисертация през 1966 г., той продължи да прави невероятни открития за Вселената без прекъсване до 2018 г. Физикът публикува последната си работа само дни преди смъртта си на 76 -годишна възраст.

Хокинг работеше в челнaта кохорта на теоретичната физика и разширяваше нашите представи за физиката и Вселената.Неговите теории често изглеждаха странни, особено в случаите, когато той ги излагаше за първи път пред научната общност. Те обаче бавно, но сигурно се приемаха, като започнем от революционни му възгледи за черните дупки до обяснението как се е зародила Вселената. Ето някои от неговите теории, от които част вече са потвърдени, но други още не са.

Големият взрив победи

Хокинг започва да пише докторската си дисертация в момент, когато в научната общност се водят разгорещени дебати за това как се е родила Вселената. По това време две конкуриращи се идеи обяснявали началото на всичко по свой собствен начин – теорията за Големия взрив и теорията на устойчивостта. И двете признавали, че Вселената се разширява, но в първата тя се разширява от свръхкомпактно, свръхплътно състояние, а втората приемала, че Вселената се е разширявала винаги, като за поддържането на постоянна плътност, непрекъснато се създава нова материя.

В своята дисертация Хокинг е доказал, че стационарната теория е математически противоречива сама по себе си. Младият физик твърдял, че Вселената е започнала като безкрайно малко, безкрайно плътно състояние, тоест от така наречената сингулярност. Днес описанието на Хокинг за раждането на Вселената е почти общоприето сред учените.

Черните дупки са реални

Името на Хокинг най-вече е свързано с черните дупки, тоест още един вид сингулярност. Тези обекти се образуват, когато звездата е подложена на колапс, благодарение на действието на собствената си гравитация. По това време проблемът се състоял в това, че въпреки че съществуването на черни дупки се вписвало в общата теория на относителността на Айнщайн, то противоречало на квантовата физика. Хокинг обърнал внимание на черните дупки в началото на 70-те години.

Според статия в Nature той е комбинирал уравненията на Айнщайн с уравненията на квантовата механика, за да докаже съществуването на черните дупки. В резултат това, което преди било теоретична абстракция, се превърнало в жизнеспособна теория. Например убедително доказателство, че Хокинг е бил прав, дойде през 2019 г., когато телескопът Event Horizon получи на живо изображение на свръхмасивна черна дупка, скрита в центъра на гигантската галактика Messier 87. Съвсем наскоро публикуваните резултати от наблюденията на германски астрономи с помощта на рентгеновия космически телескоп eROSITA се превърнаха в поредното доказателство на теорията на Хокинг.

Черните дупки получават името си от факта, че гравитацията им е толкова силна, че фотони или леки частици не могат да ги напуснат. Но в ранните си теоретични работи на тази тема Хокинг твърдял, че ситуацията не е толкова еднозначна.

Лъчението на Хокинг

Това е процес, за който Хокинг е предположил, че черните дупки излъчват различни елементарни частици. Прилагайки квантовата теория, а именно идеята, че двойки „виртуални частици“ могат спонтанно да се създадат от “нищото”, той осъзнал, че някои от тези частици очевидно се излъчват от черната дупка. Ако такава двойка виртуални частици се зароди близо до хоризонта на събитията на черната дупка, то тази двойка може да бъде разкъсана от приливните сили на черната дупка и една от двете частици да бъде погълната. По този начин непогълнатата от черната дупка частица изглежда като излъчена от черната дупка и от виртуална става реална.Имайки предвид закона за запазване на енергията, при този процес масата на черните дупки намалява, т.е. черната дупка се „изпарява“. Процесът е наречен на името Хокинг, който през 1976 г.за пръв път излага теоретичните аргументи за съществуването му.

Лъчението на Хокинг, преди време беше потвърдено от лабораторен експеримент в Израелския технологичен институт Технион. Вместо истинска черна дупка, изследователите са използвали акустичен аналог – „звукова черна дупка“, от която звуковите вълни не могат да избягат. Те са възпроизвели еквивалента на лъчението на Хокинг, който с голяма точност съответствал на предположенията на физиците-теоретици.

Съществуването на лъчението на Хокинг представлява сериозен проблем за теоретиците. Според изчисленията на Хокинг, черните дупки трябва да излъчват елементарни частици и да се изпаряват с течение на времето. Това изглежда е единственият физически процес, който “премахва” информацията от Вселената. Това означава, че основните свойства на материала, от който се е образувала черната дупка, се губят завинаги; изходящото лъчение не ни казва нищо за тях. Това обаче противоречи на общите принципи на квантовата механика. Това противоречие е наречено “информационен парадокс” и ученият през последните 40 години от своя живот е работил над разрешаването му.

Хокинг вярвал, че всъщност информацията за състава на черните дупки не се губи. През 2016 г. професорът заявява, че той се съхранява в облак от частици с нулева енергия, който заобикаля черната дупка. Ученият в статията си „Black Hole Entropy and Soft Hair“ („Ентропията на черните дупки и леката „коса“ ) го нарича „мека коса“.

Такова странно на пръв поглед заглавие на статията е препратка към физическата „теорема за липсата на коса“ около черна дупка, където „коса“ е метафора за информацията за материята, която черната дупка поглъща, а не освобождава обратно. Хокинг се е опитвал няколко десетилетия да разбере какво се случва с информацията в черните дупки, но и към момента теоремата за „косматата“ черна дупка е само една от няколкото съществуващи хипотези, така че и информационният парадокс остава нерешен.

Мултивселена

Една от темите, над които Хокинг е работил до края на живота си, е теорията за мултивселената. Идеята се състои в това, че нашата Вселена, която е възникнала в резултат на Големия взрив, е само една от безкрайния брой съществуващи „балонни вселени. “

Хокинг обаче не бил съгласен с предположенията на някои учени, че всяка нелепа ситуация, която можете да си представите, се случва точно сега някъде в този безкраен брой паралелни вселени. И така, в последната си статия през 2018 г., Хокинг по собствените му думи, „се опита да укроти мултивселената“. Той предложи нова математическа рамка, която, без да изоставя идеята за мултивселената като цяло, я направи крайна, а не безкрайна. Но, както при всяка спекулация за паралелните вселени, ние нямаме представа дали идеите му са верни. И едва ли учените ще успеят да тестват идеята му в близко бъдеще.

Хипотезата за защитеността на хронологията

Колкото и изненадващо да звучи, законите на физиката – както ги разбираме днес – не забраняват пътуванията във времето. Решенията на уравненията на Айнщайн в общата теория на относителността включват „затворени криви на времето“, които позволяват на човек да се върне в миналото си. Но отново Хокинг не бил съгласен с това – той бил сигурен, че пътуването назад във времето генерира логически парадокси, които са просто невъзможни.

Затова той е предположил, че някакъв все още неизвестен закон на физиката предотвратява появата на затворени криви на времето. Той е изложил своето предположение в „хипотезата за защита на хронологията“. Но това е само догадка и все още не е известно дали пътуването във времето е възможно или не.

Мрачните пророчества на Хокинг

В последните години от живота си Хокинг направи поредица от мрачни пророчества относно бъдещето на човечеството.

Те варират от предположението, че неуловимият бозон на Хигс или така наречената „частица на Бог“ може да предизвика вакуумен балон, който да погълне Вселената, до враждебни нашествия на извънземни и най-вече завземане на властта на Земята от изкуствения интелект. И ако Стивън Хокинг беше прав за много неща, можем само да се надяваме, че е сгрешил в тези свои предположения.