Нобелевская премия Стивена Хокинга, которая может быть

Смерть обманула нобелевского лауреата Стивена Хокинга?

Когда культовый физик скончался 14 марта 2018 года, уже были данные, которые могли подтвердить зловещее и далеко идущее предсказание, которое он сделал более четырех десятилетий назад. Доктор Хокинг выдвинул гипотезу, что черные дыры, обреченные гравитацией, могут только увеличиваться, а не становиться меньше, поглощая информацию по мере ее продвижения и угрожая нашей способности проследить историю Вселенной.

Эти данные были получены в 2015 году, когда обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром, или LIGO, зарегистрировала сигналы от двух массивных черных дыр, которые столкнулись и создали еще более массивную черную дыру.

Предсказание доктора Хокинга стало первым важным шагом в серии открытий, касающихся черных дыр, которые изменили современную физику. На карту поставлено то, играет ли эйнштейновская гравитация, из которой состоит большая вселенная, те же правила квантовой механики, противоречивые правила, которые преобладают в атоме.

Подтверждение прогнозов доктора Хокинга опубликовано Этим летом в письмах с физическим обзором. Команда под руководством Максимилиано Иси, физика из Массачусетского технологического института, и его коллег потратили годы на изучение деталей результатов LIGO, и в июле они наконец объявили, что доктор Хокинг был прав, по крайней мере, в отношении этого черного цвета. столкновение дыр.

«Это захватывающий тест, потому что это долгожданный результат, которого невозможно достичь в лаборатории на Земле», — сказал Мэтью Гейслер, исследователь из Корнельского университета и член команды доктора Исси. «Этот тест требовал изучения слияния двух черных дыр на расстоянии более миллиарда световых лет и не мог быть осуществлен без LIGO и его беспрецедентных детекторов».

Никто не утверждает, что знает мнение Комитета по Нобелевской премии, а имена людей, номинированных на премию, хранились в секрете еще 50 лет. Но многие ученые согласны с тем, что подтверждение доктором Эсси предсказания Хокинга могло бы дать доктору Хокингу и его соавторам по конкретной статье по этой теме право на получение Нобелевской премии.

Но Нобелевская премия не может быть присуждена посмертно. Результат доктора Иссы пришел слишком поздно.

Неделя Нобелевской премии вернулась в понедельник, когда некоторые ученые надеются позвонить по телефону, чтобы назначить их победителями и пригласить на роскошный гала-концерт в Стокгольме 10 декабря (в этом году из-за пандемии призы будут вручены в страны-победители.)

Доктор Хокинг, возможно, один из самых известных и заслуженных исследователей, никогда не получал Нобелевской премии и никогда не получит. Его история — напоминание о том, как главный приз за престиж зависит от превратностей судьбы.

облако вселенной

История началась в 1970 году, когда доктор Хокинг однажды вечером собирался ложиться спать — непростая задача для человека, уже наполовину парализованного из-за бокового амиотрофического склероза или болезни Лу Герига.

Он думал о черных дырах — объектах с настолько сильной гравитационной силой, что даже свет не может покинуть их, согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Они устремляются в бесконечность.

Каждая черная дыра окружена горизонтом событий, невидимым пузырем, который отмечает границу невозврата; Все, что входит, никогда не выйдет. Доктор Хокинг понял, что теория Эйнштейна также означает, что горизонт событий черной дыры никогда не может уменьшиться. Черная дыра только набирает массу, поэтому общая площадь ее горизонта событий только растет.

Это была смелая идея. Природа не должна была работать таким образом. Что, если черные дыры разделятся на две части или рассыплются и исчезнут, как мыльные пузыри?

Видение Хокинга стало краеугольным камнем статьи 1973 г. «Четыре закона механики черной дыры,Он написал ее вместе с Джеймсом Бардином, ныне работающим в Вашингтонском университете, и Брэндоном Картером, в настоящее время работающим во Французском национальном центре научных исследований.

Эти законы также содержали тревожное следствие физики, называемое теорией «без волос». Площадь горизонта событий — это мера всей информации, которую приняла черная дыра. То же самое и с черной дырой, независимо от того, потребляет ли она вещество или антивещество, Тесла или Фольксваген, страуса или кита. Черные дыры обладают всего тремя свойствами: массой, спином и электрическим зарядом. Никаких других подробностей или записи «Поэзии» нет.

Эта теория означает, что по мере того, как черная дыра стареет и ее горизонт событий увеличивается, количество теряемой информации о том, что внутри, также увеличивается. Вселенная будет становиться все тупее и тупее, скрывая все больше и больше деталей своего прошлого, включая, возможно, ваше существование. Тайна еще больше усугубилась в 1974 году, когда доктор Хокинг подсчитал, что квантовые эффекты могут вызвать медленную утечку и взрыв черной дыры.

Стремление понять, что происходит с информацией в черной дыре, изменило основы физики и оживило поколение молодых теоретиков. На карту поставлено то, действуют ли гравитация Эйнштейна, управляющая Вселенной, и квантовая механика, управляющая микромиром, по одним и тем же правилам.

«Все началось с того, что Хокинг осознал, что общая площадь горизонта черных дыр никогда не может уменьшиться», — сказал доктор Исси.

Но без черных дыр для экспериментов идеи доктора Хокинга не могут быть проверены.

LIGO спешит на помощь

LIGO изменит это. Это было обещание, которое Кип Торн, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института и один из основателей LIGO, дал доктору Хокингу в 2003 году. В 2012 году ему исполнилось 70 лет.

«Ваш подарок в том, что детекторы гравитационных волн — LIGO, GEO, Virgo и LISA — проверят ваши предсказания о золотом веке черных дыр, и вы начнете делать это хорошо до вашего 70-летия», — сказал недавно доктор Торн. .

Более того — до 14 сентября 2015 года — LIGO наблюдала свое первое историческое событие: столкновение двух черных дыр. Сопоставив обнаруженные волновые структуры с компьютерным моделированием, команда LIGO пришла к выводу, что одна из черных дыр была в 36 раз больше нашего Солнца, а другая — в 29 раз больше, что эквивалентно в общей сложности 65 солнцам. В результате столкновения образовалась новая черная дыра с массой около 62 солнц. Три солнца энергии растворились в гравитационных волнах, потрясших вселенную.

Наблюдение не только подтвердило существование гравитационных волн, как предсказывал Эйнштейн 100 лет назад, но и предоставило первое прямое свидетельство существования черных дыр.

Утечка копии документа об открытии достигла доктора Хокинга за несколько дней до официального объявления результатов. Он был удивлен, не обнаружив упоминания о четырех законах механики черных дыр или о возможности того, что открытие послужило для них проверкой. Он написал доктору Торну в Skype, автору статьи.

«Стивен совершенно поражен», — написал доктор Торн своим коллегам.

Никто не подумал проверить законы механики черных дыр, да и добавлять что-либо к статье было уже поздно. Более того, как недавно объяснил доктор Торн, данные были слишком зашумленными, чтобы достаточно хорошо измерить размер вновь образованной черной дыры, чтобы подтвердить теорию доктора Хокинга.

В 2017 году доктор Гейслер, аспирант Калифорнийского технологического института, и его коллеги использовали численное моделирование сталкивающихся черных дыр, чтобы глубже заглянуть в вихрь судного дня.

Когда образуется недавно слитая черная дыра, она вибрирует. Как и барабан, он генерирует основной тон, а также гармоники — тональности или базовые тона. Доктор Гейслер обнаружил, что в начале процесса слияния обертоны оказались на удивление громкими. Используя эти тона, в 2019 году он и его коллеги Докажите теорию отсутствия волос, который утверждает, что черные дыры можно описать только тремя параметрами.

Этим летом они смогли расширить объем своего анализа, используя значительную часть новой черной дыры для измерения ее размера. Они пришли к выводу, что площадь горизонта событий новой черной дыры увеличилась, как давно предсказывал доктор Хокинг.

Нобелевские мечты

Заработал бы это доктор Хокинг Нобелевской премией, если бы он был еще жив?

«Мне неудобно строить догадки, — сказал доктор Торн, получивший Нобелевскую премию по физике 2017 года за свою роль в разработке LIGO.

Эндрю Строминджер из Гарвардского университета, давний сотрудник доктора Хокинга, сказал: «Я не участвую в обсуждениях Нобелевского комитета, но Хокинг действительно был бы включен в эту награду, будь он жив. дело даже сильнее ».

Даниэль Хольц, астрофизик из Чикагского университета, который участвует в коллаборации LIGO, но не входит в команду доктора Эсси, охарактеризовал результат как «совершенно замечательный».

«Можно сказать, что это экспериментальное подтверждение одного из его прогнозов», — сказал он. «Я надеюсь, что Нобелевский комитет это понял».

Премия по физике всегда тяготела к практическим и экспериментальным открытиям; Даже Эйнштейн получил приз за объяснение фотоэлектрического эффекта, а не за теорию относительности. Самая дальняя точка, которую недавно достигла Нобелевский комитет по теоретической астрофизике, — это 2020 год, когда Роджер Пенроуз из Оксфордского университета был награжден премией за доказательство возможности существования черных дыр во Вселенной.

Но он разделил приз с двумя астрономами, Рейнхард Гензельиз Института внеземной физики Макса Планка и Андреа Гисиз Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, и оба изучали сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути.

Даже если бы доктор Хокинг был еще жив, когда теория области черной дыры была доказана, ему было бы трудно соответствовать — Нобелевская премия могла быть присуждена максимум трем людям. А как насчет доктора Бардина и доктора Картера, соавторов доктора Хокинга? А команда доктора Исси?

Доктор Хокинг не будет первым ученым, умершим слишком рано, чтобы получить Нобелевскую премию.

Майкл Тернер, известный космолог, работающий сейчас в Фонде Кавли в Лос-Анджелесе, написал в электронном письме, ссылаясь на астронома Эдвина Хаббла, открывшего расширяющуюся Вселенную. «Но он умер первым».

Роберт Прут, физик-теоретик из Свободного университета Брюсселя, вероятно, был бы включен в Нобелевскую премию 2013 года за предсказание существования бозона Хиггса вместе со своим коллегой Франсуа Энглертом и Питером Хиггсом из Эдинбургского университета, если бы он не был. Он умер в 2011 году.

Рональд Древер из Университета Глазго, один из основателей LIGO, разделил бы Нобелевскую премию 2017 года с доктором Торном и Райнером Вайсами из Массачусетского технологического института, если бы он не умер в начале 2017 года. Его место занял Барри К. Пэрриш из Калифорнийского технологического института.

Доктор Хокинг отдыхает рядом с Исааком Ньютоном и Чарльзом Дарвином в Вестминстерском аббатстве. Может, это лучше, чем провести зиму в Стокгольме.