Cosmologie (Română)

timpul: primăvara anului 1984. Locul: o sală de conferințe la Universitatea din Cambridge.

elevii aglomerează scaunele. În fața tablei, o scenă se ridică cu un picior deasupra podelei holului. Pe scenă, un bărbat într-un scaun cu rotile vorbește într-un murmur unui student absolvent. Studentul are ochelari cu nuanțe roșii și poartă o geacă moale, de culoare crem., Omul: murmur, murmur, murmur. Studentul: „profesorul Hawking spune:” această prelegere este despre marginea universului.”Murmur, murmur, murmur. „Marginea universului este foarte departe.”Murmur, murmur. „Cu toate acestea, încă ne putem imagina după cum urmează…” studentul desenează o diagramă pe tablă. Prelegerea continuă, Hawking murmură, și studentul traducerea. Subiectul este complex, dar fluxul este clar. Hawking este un lector excepțional și, pentru că totul se spune de două ori, o dată într-un murmur și o dată în traducere, există timp suplimentar pentru a gândi.,ocazia este seminarul lui Stephen Hawking despre gravitația cuantică și vorbește despre ultima sa lucrare. Publicul este rapt și Hawking este încântat. El este nerăbdător ca studentul să termine fiecare traducere, iar în timp ce studentul vorbește și scrie pe tablă, Hawking fidgets. Delimitat de o degenerative motor-boala neuronului, își poate mișca doar degetele lui, care se folosește pentru a schimba scaunul cu rotile lateral – dzzt, dzzt – ca student vorbește – dzzt, dzzt. De fiecare dată când se mișcă dintr-o parte în alta, totuși, se mișcă imperceptibil înapoi., O jumătate de oră în curs un accident imens rupe vraja. Scaunul cu rotile al lui Hawking se răstoarnă de pe marginea scenei și se află pe spate pe pământ. Picioarele lui Hawking se învârt în aer și studenții sar în dreapta scaunului. El este zdrobit într-un unghi ciudat, tremurând violent. E pe moarte? Nu, râde. Murmur, murmur, murmur. „Profesorul Hawking spune,” a căzut de pe marginea universului. Hawking a dus o viață plină și completă, în ciuda bolii sale, iar munca sa științifică a inspirat generații de studenți să studieze problemele gravitației și mecanicii cuantice., În săptămânile de la moartea sa la 14 martie, mulți dintre colegii săi au scris despre viața și munca sa remarcabilă. Acest articol va aborda câteva dintre realizările sale științifice principale – în special, munca sa asupra gravitației și singularităților clasice, faimoasele sale rezultate asupra termodinamicii găurilor negre și a radiațiilor Hawking și eforturile sale de cuantificare a gravitației.în tinerețe, Hawking a lucrat la relativitatea generală, investigând problema formării găurilor negre., Stăpânirea metodelor geometrice i-a permis să dovedească un set de teoreme remarcabile despre circumstanțele în care norii învolburați de materie suferă colaps gravitațional, dând naștere la singularități gravitaționale. Lucrând împreună cu Roger Penrose, care investigase probleme similare, Hawking a produs o lucrare remarcabilă în 1970 intitulată „singularitățile colapsului gravitațional și cosmologiei” (Proc. Roy. Soc. Lond. A 314 529).

În această lucrare, el și Penrose s-a dovedit că „rezonabil” spațiu–ori va prezenta atât de singularități în viitor (fie ultima singularitate într-un univers închis, sau singularități prezent în găuri negre) și singularități în trecut (Big Bang)., Aici, „rezonabil” înseamnă că spațiul–timp nu posedă nereguli cauzale – cum ar fi curbele închise în timp-și materia se supune unei condiții energetice puternice, astfel încât prezența materiei focalizează geodezicele vecine (cele mai scurte linii între punctele de pe o suprafață curbată) una față de cealaltă. luate împreună, teoremele de singularitate Penrose-Hawking oferă dovezi puternice pentru formarea necesară a găurilor negre în universul nostru., Este o predicție care a fost confirmat atât de observatie probe de galactic surse de raze X, cum ar fi Cygnus X-1, și de recente și spectaculoase descoperiri din Interferometru cu Laser Gravitational-Wave Observatory (LIGO), care a detectat undele gravitaționale emise de ciocnirea gaurilor negre.următoarea lucrare majoră a lui Hawking a fost cea mai faimoasă. Teoremele sale de singularitate au sugerat că aria orizontului de evenimente al unei găuri negre crește atunci când se adaugă mai multă materie și energie în gaură și nu ar trebui să scadă niciodată., În consecință, Hawking și colegii au remarcat că zona orizontului a fost analogă entropiei în a doua lege a termodinamicii: conform căreia entropia nu scade și tinde să crească. Bazându-se pe ideile lui Hawking, Jacob Bekenstein a presupus că zona orizontului evenimentului era de fapt egală cu entropia găurii negre, până la o constantă multiplicativă. dar acum există o problemă. Sistemele termodinamice cu entropie S (E) în funcție de energia E trebuie să posede și o temperatură definită de 1/kBT = ∂S/∂E. Dar care este temperatura unei găuri negre?, La urma urmei, este negru și, cel puțin clasic, nici o radiație nu poate scăpa de ea.în 1974 Hawking a rezolvat problema temperaturii găurilor negre într-un mod spectaculos., Prin aplicarea metodelor de teoria câmpului cuantic pe curba spațiu–timp pentru a găurilor negre geometrie, Hawking a fost capabil să arate că găurile negre se comporte ca corpuri negre, care emit radiații termice cu o temperatură ħk/2nkB (unde ħ este constanta lui Planck împărțită la 2π și κ este suprafața gravitația găurii), corespunzând la o gaura neagra, entropia egală cu un sfert din zona orizont, măsurată în unități Planck. Concepția de bază a lui Hawking despre problemă a fost simplă și strălucitoare.relativitatea generală se referă la reconcilierea diferitelor percepții ale universului., Relativitatea specială reconciliază percepțiile observatorilor care se deplasează cu viteze diferite, dar toți percep viteza luminii ca fiind aceeași. Relativitatea generală reconciliază percepțiile diferiților observatori care aleg să atribuie diferite sisteme de coordonate evenimentelor într–un spațiu-timp curbat. Odată ce mecanica cuantică este aruncată în amestec, apare o caracteristică remarcabilă: observatorii inerțiali și observatorii accelerați au o percepție complet diferită a stării de vid – starea fără particule., Starea de vid, fără particule pentru un observator inerțial este percepută de un observator accelerat ca conținând un amestec termic de particule.

În teoria câmpului cuantic, vidul nu este gol – se bule cu virtual productia de particula antiparticula perechi. Un observator inerțial vede că acele perechi virtuale apar și apoi dispar din nou înainte de a putea fi detectate., În schimb, detectorul de particule al unui observator accelerat va detecta un amestec termic de particule – detectorul accelerat furnizează în mod eficient energia și impulsul necesar pentru a crea particule reale din particule virtuale. principiul echivalenței lui Einstein afirmă că accelerația furnizată de, de exemplu, o rachetă, nu poate fi distinsă de accelerația furnizată de un câmp gravitațional. În consecință, câmpurile gravitaționale pot crea particule., Într-un argument elegant bazat pe teoria câmpului cuantic într–o gaură neagră spațiu-timp, Hawking a fost capabil să arate că câmpul gravitațional al găurii negre creează un amestec termic de particule care emană din orizontul găurii negre. În vecinătatea orizontului, perechile virtuale de particule–antiparticule cu energii încurcate ±e sunt „promovate” în perechi reale de particule–antiparticule de particule ieșite cu energie e împerecheate cu antiparticule infalling cu energie –E. deoarece energia materiei care intră în gaura neagră este negativă, masa găurii negre scade. Gaura neagră radiază., descoperirea lui Hawking că găurile negre nu erau de fapt negre a uimit comunitatea Fizicienilor. Calculele sale au fost confirmate de o varietate de abordări alternative, care au arătat că radiația Hawking a fost o caracteristică omniprezentă a timpurilor spațiale cu orizonturi, inclusiv spațiul de Sitter și spațiul–timp privit de un observator accelerat. rezultatul a stimulat, de asemenea, interesul pentru teoria entanglementării cuantice. Radiația Hawking constă într –o stare încurcată a materiei, în care particulele de ieșire cu energie +E sunt încurcate cu particule infalling cu energie-E., Entropia radiației Hawking poate fi apoi identificată cu entropia de entanglement a găurii negre, unde numărul de biți de entanglement este proporțional cu aria orizontului evenimentului.radiația Hawking este privită de fizicieni ca un rezultat cu adevărat fiabil pe care îl avem de fapt despre mecanica cuantică și gravitația., Au urmat multe alte rezultate, în special lucrul la câmpurile supersimetrice ale gravitației cuantice și corespondența Anti – de Sitter space/conformal field theory (AdS/CFT)–o legătură remarcabilă între comportamentul câmpurilor gravitaționale într–un spațiu – timp și câmpurile cuantice de la limita spațiului-timp-precum și munca de a deriva relativitatea generală din legile zonei. Cu toate acestea, pare sigur să spunem că radiația Hawking este singurul rezultat al mecanicii cuantice și gravitației care este acceptat de întreaga comunitate de fizicieni care lucrează pe această temă., multe întrebări deschise despre radiațiile Hawking rămân. Radiația conține informațiile care au intrat în gaura neagră așa cum s-a format, dar într-o formă scramblată? Timp de decenii, Hawking a spus nu – se pare că nu există nicio modalitate ca informațiile din gaură să iasă, cel puțin în conformitate cu legile obișnuite ale mecanicii cuantice asupra spațiului–timp curbat. Dacă legile care stau la baza mecanicii cuantice sunt conservarea informațiilor, așa cum sugerează, de exemplu, corespondența AdS/CFT, atunci evaporarea găurilor negre este ea însăși un proces de conservare a informațiilor.,

Aproape sigur de a scăpa dintr-o gaură neagră

Mai recent, cu toate acestea, Hawking a declarat că nu crede că informațiile ar scăpa de o evaporare gaură neagră, astfel concede un pariu făcut cu John Preskill pe subiect. El a continuat să declare că declarația sa că informațiile nu au scăpat dintr-o gaură neagră a fost „cea mai mare greșeală”a lui., În absența unei teorii cuantice universal acceptate, auto-consistente a gravitației, sau a unor dovezi empirice pentru natura de conservare a informațiilor a evaporării găurilor negre, totuși, întrebarea cum sau dacă informațiile scapă din găurile negre trebuie să rămână deschisă.,

cosmologia Cuantică

În 1980 Hawking a continuat să facă lucrări fundamentale în cosmologia cuantică: munca lui cu Jim Hartle și cu alții pe teoria cuantică de universuri fără limită reprezintă o din punct de vedere conceptual convingătoare metodă de abordare veșnic dificile probleme ale mecanicii cuantice și istoria universului ca un întreg. Din această abordare Hawking și colaboratorii au reușit să obțină rezultate utile și sugestive asupra cosmologiei cuantice și a inflației cosmologice.,abordarea fără limită a dus la ceea ce Hawking numise anterior „cea mai mare greșeală”, până când a decis că declararea că informațiile nu scapă dintr-o gaură neagră era mai rea. După ce a folosit tehnica pentru a obține o funcție de undă pentru Univers care a fost simetrică în timp, Hawking a declarat că un univers care s-a extins și apoi s-a contractat va suferi o inversare exactă a timpului în timpul fazei de contracție. Raymond LaFlamme și Don Page au reușit rapid să-i arate lui Hawking că nu trebuie să apară nimic de acest fel., Funcția de undă obținută de Hawking a fost o suprapunere cuantică a două cosmologii, una pornind de la o stare de entropie scăzută sau zero și se extinde în timp ce entropia a crescut, iar a doua fiind aceeași cosmologie ca prima, dar cu timpul T înlocuit cu –T., Dacă săgeata timpului într-un univers va fi atribuită de către locuitori, atunci locuitorii ambelor universuri ar vota probabil să atribuie direcția creșterii timpului în direcția creșterii entropiei, astfel încât a doua cosmologie să fie experimentată de locuitorii săi ca fiind aceeași cu prima, mai degrabă decât ca mergând înapoi în timp.

Dans la muzica de timp

După publicarea cărții sale O Scurtă Istorie a Timpului, în 1988, și însoțitorul ei bine-meritata faima, Hawking a avut mai puțin timp pentru a se dedica exclusiv la fizica, dar el a continuat să vină cu noi și provocatoare idei pentru intreaga cariera. Boala lui l-a forțat să ia lucrurile încet, gândind lucrurile cu mare minuțiozitate înainte de a le pune mai departe. Dar această abordare lentă i-a servit bine.,scena: o cină în Mazagon, Spania, la un workshop despre fizica asimetriei timpului, organizat de Jonathan Halliwell, Juan Perez-Mercader și Wojciech Zurek. Hawking stă cu o grămadă de studenți și postdoctoranzi, mâncând foarte încet o friptură foarte mare care a fost tăiată în bucăți foarte mici. Toată lumea discută despre excursia de conferințe tocmai încheiată, care a fost la un club de flamenco din Sevilla. Oamenii îl întrebau pe Stephen cum a ajuns să danseze cu cel mai realizat dansator de flamenco de acolo. Apoi conversația a trecut la fizică, gravitație cuantică și așa mai departe., Hawking lucra la cheile sintetizatorului său vocal și, cinci minute mai târziu, cu o sclipire în ochi, ne-a informat: „îmi aleg scaunele cu rotile pentru…dansabilitatea lor.bucurați-vă de restul numărului din mai 2018 al Physics World în revista noastră digitală sau prin intermediul aplicației Physics World pentru orice smartphone sau tabletă iOS sau Android. Calitatea de membru al Institutului de fizică necesară

• vezi colecția noastră specială despre viața și opera lui Stephen Hawking