Това може да бъде Нобелова награда за Стивън Хокинг

Дали смъртта измами Стивън Хокинг, Нобелов лауреат?

Когато емблематичният физик почина на 14 март 2018 г., вече бяха налични данни, които биха могли да потвърдят зловеща и мащабна прогноза, която той направи преди повече от четири десетилетия. Д -р Хокинг е предположил, че черните дупки, онези, обречени от гравитацията, могат да станат само по -големи, а не по -малки – поглъщайки информация в хода й и заплашвайки способността ни да проследим историята на Вселената.

Тези данни са получени през 2015 г., когато обсерваторията за гравитационни вълни на лазерния интерферометър или LIGO записа сигнали от две масивни черни дупки, които се сблъскаха и създадоха още по -масивна черна дупка.

Прогнозата на д -р Хокинг беше първата решаваща стъпка в поредица от прозрения за черните дупки, които промениха съвременната физика. Заложен е въпросът дали гравитацията на Айнщайн, която съставлява по -голямата вселена, играе по същите правила на квантовата механика, противоречивите правила, които преобладават в атома.

Публикувано е потвърждение на прогнозите на д -р Хокинг Това лято във физически прегледни писма. Екип, ръководен от Максимилиано Иси, физик в Масачузетския технологичен институт, и неговите колеги прекараха години в копаене в детайлите на откритията на LIGO и през юли най -накрая обявиха, че д -р Хокинг е прав, поне за този черен цвят. сблъсък на дупка.

„Това е вълнуващ тест, защото е дълго желан резултат, който не може да бъде постигнат в лаборатория на Земята“, казва в имейл Матю Гайслер, изследовател от университета Корнел и част от екипа на д-р Иси. „Този тест изискваше изучаване на сливането на две черни дупки на повече от милиард светлинни години и не можеше да се постигне без LIGO и неговите безпрецедентни детектори.“

Никой не твърди, че познава съзнанието на комитета за Нобелова награда, а имената на хората, номинирани за наградата, се пазеха в тайна още 50 години. Но много учени са съгласни, че потвърждението на д -р Еси за предсказанието на Хокинг би могло да направи д -р Хокинг – и неговите съавтори по конкретен доклад по темата – допустими за Нобелова награда.

Но Нобеловата награда не може да бъде присъдена посмъртно. Резултатът на д -р Иса дойде твърде късно.

Седмицата на Нобелова награда се завръща в понеделник, когато някои учени се надяват на телефонно обаждане, за да ги мажат за победители и да ги поканят на пищна гала в Стокхолм на 10 декември (тази година, поради пандемията, наградите ще бъдат раздадени през държавите на победителите.)

Д-р Хокинг, може би един от най-известните и заслужени изследователи, никога не е печелил Нобелова награда и никога няма да го получи. Неговата история е напомняне за това как крайната награда за престиж е подчинена на превратностите на съдбата.

облакът на Вселената

Историята започва през 1970 г., когато д-р Хокинг се приготвяше за лягане една вечер-трудна задача за мъж, който вече е полупарализиран поради амиотрофична странична склероза или болестта на Лу Гериг.

Той мислеше за черни дупки – обекти с толкова силна гравитационна сила, че дори светлината не може да избяга от тях, според общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. Те се люлеят до безкрай.

Всяка черна дупка е заобиколена от хоризонт на събития, невидим балон, който маркира границата на връщане; Каквото и да влезе, никога няма да излезе. Д -р Хокинг осъзна, че теорията на Айнщайн също означава, че хоризонтът на събитията на черна дупка никога не може да намалее. Черната дупка само набира маса, така че общата повърхност на хоризонта на събитията само расте.

Това беше смела идея. Природата не трябваше да работи по този начин. Ами ако черните дупки се разделят на две или се разпръснат и изчезнат като сапунени мехурчета?

Визията на Хокинг се превърна в крайъгълният камък на документа от 1973 г. „Четирите закона на механиката на черните дупки,Той го е написал с Джеймс Бардин, сега във Вашингтонския университет, и Брандън Картър, понастоящем във Френския национален център за научни изследвания.

Тези закони съдържат и обезпокоително последствие от физиката, наречено теория „без коса“. Повърхността на хоризонта на събитията е мярка за цялата информация, която черната дупка е погълнала. Същото е и с черна дупка, независимо дали консумира материя или антиматерия, Тесла или Фолксваген, щраус или кит. Черните дупки имат само три свойства: маса, спин и електрически заряд. Няма други подробности или запис на „Поезия“.

Тази теория означава, че с остаряването на черна дупка и увеличаването на хоризонта на нейните събития, количеството загубена информация за това, което има вътре, също ще се увеличи. Вселената ще става все по -тъпа и по -тъпа, криейки все повече и повече подробности от миналото си, включително може би вашето съществуване. Мистерията се задълбочи през 1974 г., когато д -р Хокинг изчисли, че квантовите ефекти биха причинили бавно изтичане и експлозия на черна дупка.

Стремежът да се разбере какво се случва с информацията в черна дупка промени основната физика и съживи поколение млади теоретици. Заложено е дали гравитацията на Айнщайн, която управлява Вселената, и квантовата механика, която управлява микрокосмоса, играят по същите правила.

„Всичко започна с осъзнаването на Хокинг, че общата площ на хоризонта на черните дупки никога не може да намалее“, каза д -р Иси.

Но без черни дупки за експериментиране, идеите на д -р Хокинг не могат да бъдат тествани.

LIGO на помощ

LIGO ще промени това. Това беше обещанието, което Кип Торн, теоретичен физик от Калтех и един от основателите на LIGO, направи на д -р Хокинг през 2003 г. Новият масив ще може да подреди свойствата на черните дупки по времето, когато Др. Той навърши 70 през 2012 г.

„Вашият подарък е, че детекторите на гравитационни вълни – LIGO, GEO, Дева и LISA – ще тестват вашите прогнози за черна дупка за златния век и ще започнете да се справяте толкова добре преди 70 -ия си рожден ден“, каза наскоро д -р Торн, докато му казва .

Отне повече време – до 14 септември 2015 г. – LIGO да наблюдава първото си историческо събитие: сблъсъкът на две черни дупки. Съпоставяйки откритите вълнови модели с компютърни симулации, екипът на LIGO заключава, че една от черните дупки е 36 пъти по -голяма от нашето слънце, а другата е 29 пъти по -голяма – еквивалентно на общо 65 слънца. Сблъсъкът доведе до нова черна дупка с маса от около 62 слънца. Три енергийни слънца изчезнаха в гравитационните вълни, които разтърсиха Вселената.

Наблюдението не само потвърди съществуването на гравитационни вълни, както Айнщайн прогнозира преди 100 години, но предостави първите преки доказателства за черни дупки.

Изтеклото копие на хартията за откритие стигна до д -р Хокинг няколко дни преди официалното обявяване на резултатите. Той беше удивен, че не споменава четирите закона на механиката на черните дупки, нито възможността откритието да им послужи като тест. Той изпрати съобщение до д -р Торн по Skype, авторът на статията.

„Стивън е напълно изумен“, пише д -р Торн до колеги.

Никой не се сети да провери законите на механиката на черните дупки и беше твърде късно да добавя нещо към хартията. Освен това, както наскоро обясни д -р Торн, данните бяха твърде шумни, за да се измери достатъчно добре размерът на новообразувана черна дупка, за да се потвърди теорията на д -р Хокинг.

През 2017 г. д -р Гайслер, аспирант в Калтех, и колегите му използваха числени симулации на сблъскващи се черни дупки, за да погледнат по -дълбоко във вихъра на Страшния съд.

Когато се образува новосъединена черна дупка, тя вибрира. Подобно на барабана, той генерира основен тон, както и хармоници – тоналности или основни тонове. Д -р Geisler установи, че обертоните се оказаха изненадващо силни в началото на процеса на синтез. Използвайки тези тонове, през 2019 г. той и колегите му Докажете теорията „без коса“, който гласи, че черните дупки могат да бъдат описани само с три параметъра.

Това лято те успяха да разширят обхвата на своя анализ, като експлоатират значителна част от новата черна дупка за измерване на нейния размер. Те заключават, че площта на хоризонта на събитията на новата черна дупка се е увеличила, както д -р Хокинг отдавна предвиждаше.

Нобелови мечти

Щеше ли това да спечели д -р Хокинг Нобелова награда, ако беше още жив?

„Не се чувствам комфортно да спекулирам“, каза д -р Торн, който сподели Нобеловата награда за физика за 2017 г. за ролята си в разработването на LIGO.

Андрю Строминджър от Харвардския университет, дългогодишен сътрудник на д-р Хокинг, каза: „Не съм запознат с разискванията на Нобеловия комитет, но Хокинг наистина щеше да бъде включен в тази награда, ако беше жив. Скорошният опит ще направи случаят е още по -силен. „

Даниел Холц, астрофизик от Чикагския университет, който е част от сътрудничеството на LIGO, но не е част от екипа на д -р Еси, определи резултата като „абсолютно забележителен“.

„Може да се каже, че това е наблюдателно потвърждение на едно от неговите прогнози“, каза той. „Надявам се Нобеловият комитет да е осъзнал това.“

Наградата по физика винаги е гравитирала към практически и експериментални открития; Дори Айнщайн спечели наградата за обяснение на фотоелектричния ефект, а не за относителност. Най -далечната точка, която Нобеловият комитет по теоретична астрофизика наскоро достигна, беше през 2020 г., когато Роджър Пенроуз от Оксфордския университет беше награден с доказателство, че във Вселената са възможни черни дупки.

Но той сподели наградата с двама астрономи, Райнхард Генцел, от Института за извънземна физика „Макс Планк“ и Андреа Гъски, от Калифорнийския университет, Лос Анджелис, и двамата са изследвали свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път.

Дори ако д -р Хокинг беше все още жив, когато беше доказана теорията за региона на черната дупка, щеше да е трудно да му се побере – Нобеловата награда може да бъде присъдена най -много на трима души. А какво да кажем за д-р Бардин и д-р Картър, съавтори на д-р Хокинг? А екипът на д -р Иси?

Д -р Хокинг не би бил първият учен, който е умрял твърде рано, за да получи Нобелова награда.

Майкъл Търнър, виден космолог сега от фондация Kavli в Лос Анджелис, пише в имейл, позовавайки се на астронома Едуин Хъбъл, който открива разширяващата се Вселена. – Но той умря пръв.

Робърт Проут, теоретичен физик от Университета на Либрес де Брюксел, вероятно би бил включен в Нобеловата награда за 2013 г., тъй като е предсказал съществуването на бозона на Хигс, заедно с колегата си Франсоа Енглерт и Питър Хигс от Университета в Единбург, ако беше не е бил. Той почина през 2011 г.

Роналд Древър от Университета в Глазгоу, един от основателите на LIGO, щеше да сподели Нобеловата награда за 2017 г. с д -р Торн и Райнер Вайс от Масачузетския технологичен институт, ако не беше починал в началото на 2017 г. Неговото място беше заето от Бари С. Париш от Калтех.

Д -р Хокинг почива до Исак Нютон и Чарлз Дарвин в Уестминстърското абатство. Може би това е по -добре от зимуването в Стокхолм.