Физика с Хокингом. Ключевые идеи в популярном изложении - Рюдигер Ваас Страница 11

законов, которые могут быть всего лишь частными случаями в мультивселенной с бесчисленным множеством различных Вселенных. «Многие ученые не любят антропный принцип, поскольку он производит впечатление импровизированного принципа, не обладающего большой предсказательной силой. Однако антропный принцип можно сформулировать точно, и он, по-видимому, имеет решающее значение, когда речь идет о происхождении Вселенной. Наш наиболее многообещающий кандидат на роль полной единой теории допускает чрезвычайно большое количество возможных версий Вселенной. Большинство этих версий совершенно непригодны для развития разумной жизни. Они либо пустые, либо слишком короткоживущие, либо слишком изощренные, либо в чем-то еще неправильные. Однако нас не волнуют версии, что не содержат разумных форм жизни. Нас интересует только та часть версий, в которой развивается разумная жизнь. Эта жизнь не обязательно должна иметь хоть какое-то сходство с человеческой; вполне хватило бы и маленьких зеленых человечков. На самом деле они могли бы быть более подходящими, поскольку человечество не славится особенно разумным поведением».

Если все физически возможное в мультивселенной реально, то возникает вопрос создания проверяемых научных предположений и поиска объяснений. В своей последней космологической работе, опубликованной посмертно в 2018 году, Хокинг совместно с Томасом Хер-тогом предположил, что большинство Вселенных с другими естественными законами и константами, вероятно, быстро разрушатся, и только те, которые физически похожи на нашу, будут существовать долгое время. Тогда наша Вселенная могла бы быть типичной, и ее свойства могли бы быть научно объяснены.

Однако вечная инфляция мультивселенной не решает сложную проблему начала мира. Если инфляция является движущей силой Большого взрыва, то космологи все еще ищут ту самую спичку, которая «зажгла» инфляцию. Вот почему гипотезы, подобные инстантонной модели Хокинга, необходимы, даже если их никогда не удастся проверить с помощью астрономических измерений. Мысли простираются за пределы всего видимого.

Вопросы

1. На чем основаны теоремы Хокинга о сингулярностях?

◻ а. Инстантон (евклидово четырехмерное пространство)

◻ б. Причинность (причинно-следственная связь)

◻ в. Временные петли (замкнутые времяподобные кривые)

2. Что является частью безграничного условия Хокинга?

◻ а. Мнимое время

◻ б. Инфляция

◻ в. Сингулярности

3. Когда возникло реликтовое излучение?

◻ а. В первую секунду

◻ б. Около 380 000 лет после Большого взрыва

◻ в. 13,8 миллиардов лет после Большого взрыва

4. Что Хокинг не предсказал?

◻ а. Колебания температуры в фоновом излучении

◻ б. Космическую инфляцию, запущенную инстантоном

◻ в. Что сингулярность объясняет Большой взрыв

5. Что объясняет космическая инфляция?

◻ а. Происхождение времени

◻ б. Однородность и плоскостность Вселенной

◻ в. Подавление квантовых флуктуаций

Ответы: 1б, 2а, 3б, 4в, 5б

Падающая гравитация

«Черные дыры – пример тех довольно редких случаев в науке, когда теория была детально разработана в виде математической модели до того, как появились какие-либо наблюдения, подтверждающие ее правильность».

Речь идет об одновременно самых тяжелых и самых простых объектах в мире: о черных дырах. И это не преувеличение, а нечто удивительное и крайне странное. Зловещие гравитационные ловушки содержат в себе столько массы в маленьком пространстве, что даже свет не может вырваться наружу. Поэтому они совершенно невидимы. Тем не менее, эти бездонные ямы в космосе дают о себе знать косвенно: своей гравитацией, предсмертным криком падающей в них материи и своими гравитационными волнами, которые буквально заставляют пространство дрожать. Используя эти призрачные вибрации, физики теперь смогут совершенно по-новому исследовать черные дыры, а вскоре и темные сердца галактик. Два предсказания Стивена Хокинга уже подтвердились.

Основы

Черные дыры абсолютно черные, потому что они не испускают никакого света или другого излучения. И они в некотором смысле являются «дырами» в пространстве, но это не следует понимать буквально. Черные дыры позволяют нам заглянуть в глубины Вселенной и глубже понять реальность. Без черных дыр Вселенная развивалась бы совершенно иначе или, возможно, вообще не возникла бы в результате Большого взрыва, и люди также не существовали бы.

Черные дыры (слева) – это космические пути в один конец, которые не позволяют ничему избежать чар их гравитации. Неясно, какая ужасная судьба ждет их жертву в центре. Некоторые физики предполагают, что может существовать некий запасной выход – белая дыра, из которой все вырывается.

У черных дыр «нет волос», то есть нет индивидуальных свойств, кроме массы, момента импульса и электрического заряда. Все остальные характеристики поглощенной материи и энергии, похоже, исчезают навсегда.

Черные дыры – это, без преувеличения, и самая простая, и самая «весомая» вещь на свете. Эти странные небесные тела тяжелы, потому что их гравитация настолько велика, что ничто не может вырваться из них. Это не материя и не излучение, их скорость равна скорости света, но не бесконечно велика. Черные дыры просты, потому что для их полного описания нужны всего три параметра: масса, момент импульса и электрический заряд. По крайней мере, именно это следует из общей теории относительности. Масса показывает, насколько «тяжела» черная дыра; момент импульса – скорость вращения вокруг своей оси; а электрический заряд фактически равен нулю, поскольку положительные и отрицательные заряды обычно уравновешивают друг друга. Проще не бывает, по крайней мере, в физике.

Ни один другой объект во Вселенной не может быть полностью описан с помощью столь малого количества данных. Хокинг и его коллеги Брэндон Картер, Вернер Израэль и Дэвид С. Робинсон смогли доказать это в период с 1970 по 1973 год. Термин «черная дыра» был введен Джоном Уилером в 1967 году. А поскольку все черные дыры похожи друг на друга, как бритоголовые солдаты в форме, он в шутку назвал это «Гипотезой об отсутствии волос». Поэтому мы никогда не можем знать, что поглотила уже черная дыра.

«Гипотеза об отсутствии волос» утверждает, что во время гравитационного коллапса теряется огромное количество информации. Например, для конечного состояния черной дыры не имеет значения, состояло ли коллапсирующее тело из материи или антиматерии, и было ли оно сферическим или имело крайне неправильную форму».

Прожорливые ямы и творческие силы

Черные дыры – это не плод воображения. Астрономы еще с 1960-х годов считают, что их много в космосе. Хотя сами черные дыры