Что изучает физика как наука – кратно о явлениях, наблюдениях и опытах (7 класс)
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 231.
Обновлено 13 Июля, 2021
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 231.
Обновлено 13 Июля, 2021
Цель любой науки — получение знаний о различных сферах человеческого бытия. Одной из таких сфер является окружающий нас мир, природа, Вселенная. Их изучением занимается наука физика, курс которой начинается в 7 классе школы. Поговорим кратко о том, какие явления изучает физика, что входит в сферу интересов этой науки.
Физические явления
Что изучает физика? Для ответа на этот вопрос необходимо сказать, что само название науки «физика» происходит от древнегреческого слова «φύσις» («фюзис») — природа. Природа — это всё то, что окружает нас. Воздух, вода, предметы, живые существа, Земля, Солнце, космос, Вселенная — всё это и есть природа. Природа вечна и бесконечна.
Рис.
1. Природа и Вселенная.Формой существования всех объектов в природе является движение в широком смысле — то есть некоторые изменения этих объектов с течением времени. Такие изменения называются явлениями. И среди огромного множества явлений в рамках физики изучаются механические, световые, тепловые, электрические явления. Такие явления называются физическими.
Механические явления — это явления, происходящие в результате движения (в узком смысле как перемещения в пространстве) и взаимодействия предметов. Сюда входит также явление взаимного притяжения небесных тел. Световые явления — это всё, что связано с распространением и действием света. Тепловые явления включают выработку теплоты, и обмен теплотой между телами. Электрические явления — это явления, связанные с такими особыми свойствами вещества, как электрические заряды и магнетизм.
Физические законы
Наблюдения и опыты показывают, что абсолютное большинство явлений происходят не хаотично, а вполне предсказуемо и закономерно.
Для каждого явления можно указать причину, следствия и ряд взаимосвязанных явлений.
Например, любой предмет на Земле стремится упасть на её поверхность. Падая, он приобретает некоторую скорость. Если при этом он задевает другие предметы — он теряет часть скорости, а задетые им предметы начинают двигаться. Всё перечисленное — это механические явления, изучаемые физикой.
При этом для каждого конкретного предмета можно указать меру, с которой будет происходить падение, а затем — задевание других предметов и последующие движения. Все эти меры — степень взаимодействия Земли и предмета, скорость падения предмета и её изменение во времени, взаимодействие предмета с другими и скорости последующих движений — называются физическими величинами. Физические величины связываются друг с другом с помощью математических формул и закономерностей, которые называются физическими законами.
Например, основной закон динамики (второй закон И. Ньютона) связывает такие величины, как сила, действующая на тело, масса тела и ускорение, получаемое телом.
$$\overrightarrow a = {\overrightarrow F \over m}$$
Зная силу, действующую на тело, и его массу, можно найти ускорение, получаемое телом в результате действия этой силы. Для нашего примера, зная силу тяжести, действующую на предмет и его массу, можно найти ускорение, получаемое этим предметом. А затем, зная ускорение и время, с помощью законов кинематики (специального раздела физики) можно найти скорость падающего предмета в любой момент времени.
Цель физики — открыть и изучить физические законы, действующие в природе и использовать их в жизни. В любой области, изучаемой физикой, существует ряд физических законов, описывающих явления в самом общем виде. Одновременное действие всех этих законов и порождает то многообразие природы, которое существует в мире.
Что мы узнали?
Физика — это наука о природе, которая изучает механические, световые, тепловые, электрические явления.
Явления описываются с помощью физических величин, связываемых математическими формулами, которые называют физическими законами. Целью физики является открытие и изучение физических законов.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 231.
А какая ваша оценка?
«Физики» за 8 минут. Краткое содержание комедии Дюрренматта
Действие происходит в начале 60-х гг. XX в. в Швейцарии, в частном сумасшедшем доме «Вишнёвый сад». Санаторий, благодаря стараниям его хозяйки, горбатой фрейлейн Матильды фон Цанг, доктора медицины, и пожертвованиям различных благотворительных обществ, расширяется. Строятся новые корпуса, куда переводят наиболее состоятельных и уважаемых пациентов. В старом здании остаются всего лишь три пациента, все они физики.
Реклама:
Инспектор полиции Рихард Фос передаёт фрейлейн фон Цанг приказ прокурора заменить сиделок санитарами. Она обещает ему это сделать.
В больницу приходит бывшая жена третьего физика, Иогана Вильгельма Мёбиуса, которая вышла замуж за миссионера Розе и теперь хочет вместе со своими тремя сыновьями попрощаться с первым мужем, поскольку с миссионером Розе уезжает на Марианские острова. Один из сыновей говорит отцу, что хочет стать священником, второй — философом, а третий — физиком. Мёбиус категорически против того, чтобы один из его сыновей становился физиком. Если бы сам он не стал физиком, то не попал бы в сумасшедший дом.
Сестра Моника, его сиделка, которая ухаживает за ним уже два года, видит, что он притворяется, изображая из себя сумасшедшего. Она признается ему в любви и просит уйти из сумасшедшего дома вместе с ней, поскольку фрейлейн фон Цанг не считает его опасным. Мёбиус тоже признается, что любит Монику больше жизни, но уйти с ней не может, не может предать царя Соломона. Моника не сдаётся, она настаивает. Тогда Мёбиус душит ее шнуром от портьеры.
Реклама:
В дом снова приезжает полиция. Они снова что-то измеряют, записывают, фотографируют. В комнату входят исполинского роста санитары, бывшие боксёры, и привозят больным роскошный ужин. Двое полицейских выносят труп Моники.
Из соседней комнаты выходит Ньютон. Он хочет поговорить с Мёбиусом и сообщить ему о своём плане побега из санатория. Появление санитаров вынуждает его ускорить приведение плана в исполнение и сделать это сегодня же. Он признается, что он вовсе не Ньютон, а Алек Джаспер Килтон, основоположник теории соответствий, пробравшийся в санаторий и изображавший сумасшедшего, чтобы иметь возможность шпионить за Мёбиусом, гениальнейшим. физиком современности. Для этого он с величайшим трудом овладел немецким языком в лагере своей разведки.
Все началось с того, что он прочёл диссертацию Мёбиуса об основах новой физики. Сначала он счёл ее ребячеством, но потом пелена спала с его глаз. Он понял, что встретился с гениальным творением новейшей физики, и стал наводить справки об авторе, но — безуспешно. Тогда он поставил в известность свою разведку, и та напала на след. Из другой комнаты выходит Эйнштейн и сообщает, что он тоже читал эту диссертацию и также не является сумасшедшим. Он физик и, подобно Килтону, состоит на службе у разведки. Зовут его Иосиф Эйслер, он автор эффекта Эйслера. У Килтона вдруг оказывается в руках револьвер. Он просит Эйслера повернуться лицом к стене. Эйслер спокойно подходит к камину, кладёт на него свою скрипку, на которой перед этим играл, и неожиданно тоже поворачивается с револьвером в руке. Оба они вооружены и приходят к выводу, что лучше обойтись без дуэли, поэтому кладут свои револьверы за каминную решётку.
Реклама:
Они рассказывают Мёбиусу, почему убили своих сиделок. Сделали они это потому, что девушки начинали подозревать, что они не сумасшедшие, и тем самым ставили под угрозу выполнение их миссий.
Друг друга же они все это время считали действительно сумасшедшими.
Входят трое санитаров, проверяют наличие всех троих пациентов, опускают на окна решётки, запирают их и затем уходят.
После их ухода Килтон и Эйслер наперебой расхваливают перспективы, которые могут предоставить Мёбиусу разведки их стран. Они предлагают Мёбиусу бежать из сумасшедшего дома, однако тот отказывается. Они начинают «рвать» его друг у друга из рук и приходят к выводу, что дело все же необходимо решить дуэлью, а если надо, то стрелять и в Мёбиуса, несмотря на то что он самый ценный человек на земле. Но рукописи его ещё ценнее. Тут Мёбиус признается, что заблаговременно сжёг все свои записи, итог пятнадцатилетнего труда, ещё до того, как вернулась полиция. Оба шпиона в ярости. Теперь они окончательно в руках Мёбиуса.
Мёбиус убеждает их, что они должны принять единственно разумное и ответственное решение, ибо их ошибка может привести к мировой катастрофе. Он выясняет, что на деле оба — и Килтон, и Эйслер — предлагают одно и то же: полнейшую зависимость Мёбиуса от той организации, куда он пошёл бы на службу, и риск, на который человек не имеет права идти: гибель человечества из-за оружия, которое можно создать на основе его открытий.
В своё время, ещё в молодости, такая ответственность заставила его выбрать иной путь — отказаться от академической карьеры, объявить, что ему является царь Соломон, чтобы его заперли в сумасшедшем доме, ибо в нем он оказывается свободнее, чем за его пределами. Человечество отстаёт от физиков. И из-за них оно может погибнуть, Мёбиус призывает обоих коллег остаться в сумасшедшем доме и передать по рации своему начальству, что Мёбиус действительно сумасшедший. Они соглашаются с его доводами.
Реклама:
Вслед за этим входят санитары в чёрной форме, в фуражках и с револьверами. Вместе с ними — доктор фон Цанг. Они обезоруживают Килтона и Эйслера. Доктор сообщает физикам, что их разговор был подслушан и что они давно уже находились под подозрением. Доктор заявляет, что царь Соломон являлся ей все эти годы и сообщил, что теперь именно она должна принять власть над миром от лица царя, ибо Мёбиус, которому он сначала доверился, его предал. Она говорит, что давно уже сделала копии всех записей Мёбиуса и на их основе открыла гигантские предприятия.
Она подставила всех троих физиков, заставив их убить сиделок, которых сама на них и натравила, Для окружающего мира они — убийцы. Санитары являются сотрудниками ее заводской полиции. А эта вилла отныне становится истинной сокровищницей ее треста, откуда все трое не могут сбежать. Она мечтает о могуществе, о покорении Вселенной. Мир попадёт в руки сумасшедшей хозяйки сумасшедшего дома.
Пересказала Е. В. Сёмина. Источник: Все шедевры мировой литературы в кратком изложении. Сюжеты и характеры. Зарубежная литература XX века / Ред. и сост. В. И. Новиков. — М. : Олимп : ACT, 1997.
Магия физики и почему у нас есть детство: Кратко о книгах
- ОБЗОР КНИГИ
Эндрю Робинсон делает обзор пяти лучших научных достижений.
- Эндрю Робинсон 0
- Эндрю Робинсон
Многие книги Эндрю Робинсона включают Утерянные языки: загадка нерасшифрованных письменностей мира и Эйнштейн в бегах: как Британия спасла величайшего ученого мира .
Он базируется в Лондоне.
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google ученый
Он базируется в Лондоне.У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.
Скачать PDF
История научных журналов
Эйлин Файф и др. . UCL Press (2022)
Philosophical Transactions of the Royal Society , издаваемый с 1665 года в Лондоне, считается первым научным журналом. В этом исследовании четыре историка с эрудицией и проницательностью рассказывают и анализируют историю публикаций общества до 2015 года, включая журнал Proceedings , начатый в 1831 году.
Они отвергают идею о том, что журнал 1665 года установил четыре основных принципа современных научных публикаций: регистрация, проверка (рецензирование), распространение и архивирование. Вместо этого они показывают, как они возникали постепенно по мере развития науки.
The Capital Order
Clara E. Mattei Univ. Chicago Press (2022)
В Соединенных Штатах средний рабочий-мужчина сегодня зарабатывает меньше в реальном выражении, чем в 1973 году, в то время как 400 самых богатых семей платят общую налоговую ставку ниже, чем любая другая доходная группа. Такие шокирующие различия лежат в основе тематического исследования экономистом Кларой Маттеи мер жесткой экономии — ужесточения налогово-бюджетной политики и сокращения заработной платы и пособий — которые продвигались в прошлом столетии. Ориентируюсь на 19Либерально-демократическая Британия 20-х годов и фашистская Италия, она утверждает, что выгодное применение мер жесткой экономии к этим непохожим нациям позволило использовать ее в качестве капиталистического «инструмента классового контроля».
Магия материи
Феликс Фликер Профиль (2022)
Вольфганг Паули, основатель квантовой механики, отверг физику конденсированного состояния как Schmutzphysik , «физику грязи». Физик Феликс Фликер делает это заглавие первой главы в своем творческом введении в область, в которой работает треть современных физиков. Он подчеркивает «магический» феномен возникновения: «Целое больше, чем сумма частей». Например, звук проходит через материю в виде возникающих квазичастиц, фононов, которые можно измерить, но в вакууме они не существуют.
Через него проходит трубопровод
Кит Фишер Аллен Лейн (2022)
он импортировался из Соединенных Штатов после прекращения поставок из России и Румынии. Нефть могла даже стать катализатором начала войны, предполагает Кит Фишер, журналист и исследователь корпоративных и экологических проблем. Его глубоко проработанная и неизбежно длинная история добычи нефти от неандертальцев до 19 века.
18 включает его предполагаемое использование для гидроизоляции Ноева ковчега.
Растущий человек
Бренна Хассет Блумсбери Сигма (2022)
Биоархеолог Бренна Хассет защитила докторскую диссертацию по стоматологической антропологии: поиск ключей к разгадке человеческой жизни в древних зубах. Ее интригующая, занимательная книга посвящена другому аспекту жизни: детству. Почему люди так долго взрослеют? Когда другие обезьяны начинают размножаться, мы все еще играем. Для чего, спрашивает она, «странное, уникальное человеческое детство»? Она исследует отличительные аспекты от беспорядочного спаривания и опасной беременности до загадочной человеческой привязанности к формальному образованию и любви к письменному слову.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-04570-y
Конкурирующие интересы
Автор заявляет об отсутствии конкурирующих интересов.
Субъекты
- Искусство
- Культура
Последнее:
Работа
Техник-исследователь II/ Техник-исследователь III
Фонд медицинских исследований Оклахомы (OMRF)
Оклахома-Сити, США
Охранник/офицер на неполный рабочий день
Фонд медицинских исследований Оклахомы (OMRF)
Оклахома-Сити, США
Постдоктор (ж / м / д) в области материаловедения, физики или химии
Helmholtz-Zentrum Berlin for Materials and Energy (HZB)
Берлин, Германия
2 должности доктора наук по усовершенствованным геотермальным системам (f_m_x)
Центр Гельмгольца в Потсдаме – Немецкий исследовательский центр наук о Земле (GFZ)
Потсдам, Германия
Краткая история Стивена Хокинга: наследие парадокса
Стюарт Кларк
Джемма Левин/Гетти
Стивен Хокинг, всемирно известный физик-теоретик, умер в возрасте 76 лет.
Дети Хокинга, Люси, Роберт и Тим заявили в своем заявлении: «Мы глубоко опечалены тем, что наш любимый отец скончался сегодня.
«Он был великим ученым и выдающимся человеком, чья работа и наследие будут жить долгие годы. Его мужество и настойчивость с его блеском и юмором вдохновляли людей во всем мире.
Advertisement
«Однажды он сказал: «Вселенная не была бы особенной, если бы в ней не жили люди, которых вы любите». Нам будет его не хватать всегда».
Стивен Хокинг умер в возрасте 76 лет
90 122 Дань памяти после смерти всемирно известного физика-теоретика Стивена Хокинга Самый узнаваемый ученый нашего времени, Хокинг имеет культовый статус. Его определяющая жанр книга «Краткая история времени » была продана тиражом более 10 миллионов экземпляров с момента публикации в 1988 году и переведена более чем на 35 языков. Он появился в Звездный путь: Следующее поколение , Симпсоны и Теория большого взрыва .
Его молодость была предметом оскароносной игры Эдди Редмэйна в фильме 2014 года 9.0099 Теория всего . С ним регулярно консультировались по поводу заявлений оракула обо всем, от путешествий во времени и инопланетной жизни до ближневосточной политики и гнусных роботов. У него было милое чувство юмора и дерзкий настрой — родственные человеческие черты, которые в сочетании с его, казалось бы, сверхчеловеческим умом сделали Хокинга в высшей степени востребованным.
Но его культурный статус, усиленный инвалидностью и вызванной ею бурей в СМИ, часто затмевал его научное наследие. Это позор для человека, который открыл то, что может оказаться ключом к теории всего, продвинул наше понимание пространства и времени, помог сформировать курс физики за последние четыре десятилетия и чье понимание продолжает стимулировать прогресс в фундаментальных науках. физика сегодня.
Начало большого взрыва
Исследовательская карьера Хокинга началась с разочарования. Когда он прибыл в Кембриджский университет в 1962 году, чтобы начать работу над докторской диссертацией, ему сказали, что Фред Хойл, выбранный им научный руководитель, уже имеет полный набор студентов.
Самый известный британский астрофизик того времени, Хойл притягивал самых амбициозных студентов. Хокинг не справился. Вместо этого он должен был работать с Деннисом Шиамой, физиком, о котором Хокинг ничего не знал. В том же году у Хокинга диагностировали боковой амиотрофический склероз, дегенеративное заболевание двигательных нейронов, которое быстро лишает людей способности произвольно двигать мышцами. Ему сказали, что ему осталось жить два года.
Хотя тело Хокинга, возможно, и ослабло, его интеллект остался острым. Через два года после получения докторской степени у него были проблемы с ходьбой и речью, но было ясно, что болезнь прогрессирует медленнее, чем первоначально опасались врачи. Тем временем его помолвка с Джейн Уайлд, от которой у него позже родилось трое детей, Роберт, Люси и Тим, возродила его стремление добиться реального прогресса в физике.
Стивен и Люси Хокинг
Джеймс Вейси/Camera Press
Работа с Sciama имела свои преимущества.
Слава Хойла означала, что он редко бывал в отделе, в то время как Скиама был рядом и жаждал поговорить. Эти дискуссии побудили молодого Хокинга реализовать собственное научное видение. Хойл был яростным противником теории большого взрыва (на самом деле он придумал название «большой взрыв» в насмешку). Скиама, с другой стороны, был рад, что Хокинг исследовал начало времени.
Стрела времени
Хокинг изучал работу Роджера Пенроуза, которая доказала, что если общая теория относительности Эйнштейна верна, то в центре каждой черной дыры должна быть точка, в которой разрушаются сами пространство и время — сингулярность. Хокинг понял, что если бы стрела времени была обращена вспять, то те же рассуждения были бы справедливы для Вселенной в целом. При поддержке Скиамы он разработал математические расчеты и смог доказать их: согласно общей теории относительности Вселенная началась в сингулярности.
Однако Хокинг прекрасно понимал, что последнее слово за Эйнштейном. Общая теория относительности, описывающая пространство и время в больших масштабах, не принимает во внимание квантовую механику, описывающую странное поведение материи в гораздо меньших масштабах.
Для их объединения требовалась какая-то неизвестная «теория всего». Для Хокинга сингулярность в происхождении Вселенной не сигнализировала о распаде пространства и времени; это сигнализировало о необходимости квантовой гравитации.
К счастью, связь, которую он наладил между сингулярностью Пенроуза и сингулярностью при Большом взрыве, дала ключ к открытию такой теории. Если физики хотели понять происхождение Вселенной, Хокинг только что показал им, где именно искать: в черной дыре.
Черные дыры были предметом исследования в начале 1970-х годов. Хотя Карл Шварцшильд еще в 1915 году нашел такие объекты в уравнениях общей теории относительности, теоретики считали их простыми математическими аномалиями и не хотели верить, что они действительно могут существовать.
Несмотря на то, что они пугают, их действие достаточно прямолинейно: черные дыры обладают такими сильными гравитационными полями, что ничто, даже свет, не может вырваться из их хватки. Любая материя, попадающая в одну из них, навсегда теряется для внешнего мира.
Однако это кинжал в сердце термодинамики.
Термодинамическая угроза
Второй закон термодинамики — один из наиболее известных законов природы. В нем говорится, что энтропия или уровень беспорядка в системе всегда увеличивается. Второй закон придает форму наблюдению, что кубики льда растают в лужу, но лужа воды никогда самопроизвольно не превратится в глыбу льда. Любая материя содержит энтропию, так что же произойдет, если ее бросить в черную дыру? Энтропия теряется вместе с ним? Если это так, то общая энтропия Вселенной уменьшится, и черные дыры нарушат второй закон термодинамики.
Хокинг думал, что это нормально. Он был счастлив отбросить любую концепцию, которая стояла на пути к более глубокой истине. И если имелось в виду второй закон, то так тому и быть.
Бекенштейн и прорыв
Но Хокинг встретил достойного соперника в 1972 году в летней школе физики на французском горнолыжном курорте Лез-Уш, Франция. Аспирант Принстонского университета Джейкоб Бекенштейн считал, что второй закон термодинамики должен применяться и к черным дырам.
Бекенштейн изучал проблему энтропии и нашел возможное решение благодаря более раннему пониманию Хокинга.
Черная дыра скрывает свою сингулярность за границей, известной как горизонт событий. Ничто из того, что пересекает горизонт событий, никогда не может вернуться наружу. Работа Хокинга показала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не уменьшается со временем. Более того, когда материя падает в черную дыру, площадь ее горизонта событий увеличивается.
Бекенштейн понял, что это ключ к проблеме энтропии. Каждый раз, когда черная дыра поглощает материю, ее энтропия теряется, и в то же время ее горизонт событий растет. Итак, предположил Бекенштейн, что, если — для сохранения второго закона — площадь горизонта сама по себе является мерой энтропии?
Хокингу сразу же не понравилась эта идея, и он был зол на то, что его собственная работа была использована в поддержку столь ошибочной концепции. С энтропией приходит тепло, но черная дыра не может излучать тепло — ничто не может избежать ее притяжения.
Во время перерыва в лекциях Хокинг собрался вместе с коллегами Брэндоном Картером, который также учился у Шиамы, и Джеймсом Бардином из Вашингтонского университета, и столкнулся с Бекенштейном.
Разногласие беспокоило Бекенштейна. «Эти трое были высокопоставленными людьми. Я только что закончил докторскую. Вы волнуетесь, не глупы ли вы, а эти ребята знают правду», — вспоминает он.
Вернувшись в Кембридж, Хокинг решил доказать, что Бекенштейн ошибался. Вместо этого он обнаружил точную форму математической зависимости между энтропией и горизонтом черной дыры. Вместо того, чтобы разрушить идею, он подтвердил ее. Это был величайший прорыв Хокинга.
Излучение Хокинга
Теперь Хокинг принял идею о том, что термодинамика играет роль в черных дырах. Все, что имеет энтропию, рассуждал он, также имеет температуру, а все, что имеет температуру, может излучать.
Его первоначальная ошибка, как понял Хокинг, заключалась в том, что он рассматривал только общую теорию относительности, которая утверждает, что ничто — ни частицы, ни тепло — не может вырваться из хватки черной дыры.
Ситуация меняется, когда в игру вступает квантовая механика. Согласно квантовой механике, мимолетные пары частиц и античастиц постоянно появляются из пустого пространства только для того, чтобы аннигилировать и исчезнуть в мгновение ока. Когда это происходит вблизи горизонта событий, пара частица-античастица может быть разделена — одна падает за горизонт, а другая убегает, оставляя их навсегда неспособными встретиться и аннигилировать. Осиротевшие частицы стекают с края черной дыры в виде излучения. Случайность квантового творения становится случайностью тепла.
«Я думаю, что большинство физиков согласятся с тем, что величайшим вкладом Хокинга является предсказание того, что черные дыры испускают излучение», — говорит Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института. «Хотя у нас до сих пор нет экспериментального подтверждения того, что предсказание Хокинга верно, почти каждый эксперт считает, что он был прав».
Эксперименты по проверке предсказания Хокинга настолько сложны, потому что чем массивнее черная дыра, тем ниже ее температура.
Для большой черной дыры, которую астрономы могут изучать с помощью телескопа, температура излучения слишком незначительна, чтобы ее можно было измерить. Как часто отмечал сам Хокинг, именно по этой причине ему так и не была присуждена Нобелевская премия. Тем не менее этого предсказания было достаточно, чтобы обеспечить ему первое место в анналах науки, а квантовые частицы, исходящие с края черной дыры, навсегда останутся известны как излучение Хокинга.
Некоторые считают, что их правильнее называть излучением Бекенштейна-Хокинга, но сам Бекенштейн отвергает это. «Энтропия черной дыры называется энтропией Бекенштейна-Хокинга, и я думаю, что это нормально. Сначала я записал ее, Хокинг нашел числовое значение константы, так что вместе мы нашли формулу в том виде, в каком она есть сегодня. На самом деле радиация была делом рук Хокинга. Я понятия не имел, как черная дыра может излучать. Хокинг ясно выразил это. Так что это следует назвать излучением Хокинга».
Теория всего
Уравнение энтропии Бекенштейна-Хокинга — это то уравнение, которое Хокинг попросил выгравировать на своем надгробии.
Он представляет собой конечную смесь физических дисциплин, поскольку содержит постоянную Ньютона, которая явно связана с гравитацией; постоянная Планка, которая выдает квантовую механику в действии; скорость света, талисман теории относительности Эйнштейна; и постоянная Больцмана, вестник термодинамики.
Наличие этих разнообразных констант намекало на теорию всего, в которой едина вся физика. Кроме того, это убедительно подтвердило первоначальную догадку Хокинга о том, что понимание черных дыр будет ключом к раскрытию этой более глубокой теории.
Открытие Хокинга, возможно, и решило проблему энтропии, но оно породило еще более сложную проблему. Если черные дыры могут излучать, они в конце концов испарятся и исчезнут. Так что же происходит со всей попавшей информацией? Тоже исчезает? Если это так, то это нарушит центральный принцип квантовой механики. С другой стороны, если он вырвется из черной дыры, он нарушит теорию относительности Эйнштейна. С открытием излучения черной дыры Хокинг противопоставил окончательные законы физики друг другу.
Так родился парадокс потери информации черной дырой.
Хокинг изложил свою позицию в другой новаторской и еще более спорной статье, озаглавленной «Нарушение предсказуемости гравитационного коллапса», опубликованной в журнале Physical Review D в 1976 году. своей информации вместе с ним – несмотря на то, что квантовая механика категорически запрещает потерю информации. Вскоре другие физики выберут сторону, за или против этой идеи, в споре, который продолжается и по сей день. Действительно, многие считают, что потеря информации — самое серьезное препятствие в понимании квантовой гравитации.
«Аргумент Хокинга 1976 года о том, что черные дыры теряют информацию, является выдающимся достижением, возможно, одним из самых важных открытий в теоретической части физики с момента ее изобретения», — говорит Рафаэль Буссо из Калифорнийского университета в Беркли.
Концессия
К концу 1990-х результаты теории струн убедили большинство физиков-теоретиков в том, что Хокинг ошибался в отношении потери информации, но Хокинг, известный своим упрямством, твердо стоял на своем.
Только в 2004 году он изменил свое мнение. И сделал он это с чутьем – эффектно появившись на конференции в Дублине и озвучив свою обновленную точку зрения: черные дыры не могут терять информацию.
Однако сегодня новый парадокс, известный как брандмауэр, поставил все под сомнение (см. «Парадокс Хокинга» ниже). Ясно, что вопрос, поднятый Хокингом, лежит в основе поисков квантовой гравитации.
«Излучение черной дыры ставит перед нами серьезные загадки, над решением которых мы все еще очень много работаем», — говорит Кэрролл. «Справедливо сказать, что излучение Хокинга — это самый важный ключ, который у нас есть для окончательного примирения квантовой механики и гравитации, возможно, самая большая проблема, стоящая сегодня перед теоретической физикой».
Наследием Хокинга, по словам Буссо, будет «указание на ключевую трудность в поисках теории всего».
Хокинг продолжал раздвигать границы теоретической физики с невероятной скоростью до конца своей жизни. Он сделал важные шаги к пониманию того, как квантовая механика применима ко Вселенной в целом, проложив путь в области, известной как квантовая космология.
Его прогрессирующее заболевание подтолкнуло его к решению проблем новыми способами, что способствовало его замечательной интуиции в отношении предмета. Когда он потерял способность записывать длинные сложные уравнения, Хокинг нашел новые изобретательные методы решения задач в уме, обычно путем переосмысления их в геометрической форме. Но, как и Эйнштейн до него, Хокинг никогда не производил ничего настолько революционного, как его ранние работы.
«Самая влиятельная работа Хокинга была сделана в 1970-х годах, когда он был моложе, — говорит Кэрролл, — но это совершенно стандартно даже для физиков, не обремененных изнурительной болезнью нейронов».
Суперзвезда Хокинг
НАСА
Тем временем публикация Краткая история времени вознесла Хокинга к культурной славе и придала новое лицо теоретической физике. Казалось, он никогда не возражал. «Перед камерой Хокинг играл персонажа Хокинга. Казалось, он играл со своим культурным статусом», — говорит Элен Миале, антрополог из Калифорнийского университета в Беркли, которая вызвала споры в 2012 году публикацией своей книги Hawking Incorporated.
В нем она исследовала, как окружающие Хокинга люди помогали ему создавать и поддерживать свой общественный имидж.
Этот публичный образ, несомненно, сделал его жизнь проще, чем она могла бы быть в противном случае. По мере того как болезнь Хокинга прогрессировала, технологи с радостью предоставляли ему все более сложные машины, позволяющие ему общаться. Это, в свою очередь, позволяло ему продолжать заниматься тем, за что его в конечном итоге должны помнить: своей наукой.
«Стивен Хокинг сделал для нашего понимания гравитации больше, чем кто-либо со времен Эйнштейна, — говорит Кэрролл. «Он был ведущим физиком-теоретиком в мире, явно лучшим в мире для своего времени среди тех, кто работал на стыке гравитации и квантовой механики, и все это он сделал перед лицом страшной болезни. Он вдохновляющая фигура, и история, безусловно, запомнит его таким».
Парадокс Хокинга
В 2012 году четыре физика из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре — Ахмед Альмейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли, известные среди физиков под общим названием AMPS, — шокировали физическое сообщество результатами мысленного эксперимента.
.
Когда пары частиц и античастиц появляются вблизи горизонта событий черной дыры, каждая пара имеет общую связь, называемую запутанностью. Но что происходит с этой связью и содержащейся в ней информацией, когда один из пары падает, а его близнец становится частицей излучения Хокинга (см. основной сюжет)?
Одна школа мысли считает, что информация сохраняется по мере того, как дыра испаряется, и что она помещается в тонкие корреляции между этими частицами излучения Хокинга.
Но, спросил AMPS, как это выглядит для наблюдателей внутри и снаружи черной дыры? Входят Алиса и Боб.
По словам Боба, который остается вне черной дыры, эта частица была отделена от своего партнера-античастицы горизонтом. Чтобы сохранить информацию, она должна запутаться с другой частицей излучения Хокинга.
Но что происходит с точки зрения Алисы, которая падает в черную дыру? Общая теория относительности говорит, что для свободно падающего наблюдателя гравитация исчезает, поэтому он не видит горизонт событий.