Вклад С.Хоккинга в развитие научной картины мира
Введение
Актуальность исследования. Стивен Уильям Хокинг — один из наиболее влиятельных и известных широкой общественности физиков-теоретиков нашего времени. Основная область исследований Хокинга — космология и квантовая гравитация. Его главные достижения: применение термодинамики к описанию чёрных дыр, разработка теории о том, что чёрные дыры «испаряются» за счёт так называемого излучения Хокинга.
Прикованный к инвалидному креслу учёный разгадывал тайны мироздания и «путешествовал» в далёкое прошлое — к началу Большого взрыва. Его идеи легли в основу современной космологии и вдохновили исследователей на новые открытия. Для многих он также был символом жизненного оптимизма и силы воли.
Цель исследования – изучить вклад Стивена Уильяма Хокинга в развитие научной картины мира.
Следующие задачи были поставлены для достижения цели исследования:
- рассмотреть биографию английского физика-теоретика Стивена Уильяма Хокинга;
- изучить научные открытия и вклад в науку Стивена Уильяма Хокинга;
- рассмотреть роль исследований Стивена Уильяма Хокинга в популяризации науки.
Методы исследования: историко-генетический, анализ специализированной литературы, наблюдение, обобщение, анализ эмпирической базы исследования.
Структура работы: работа состоит из введения, основного текста, разбитого на параграфы, заключения и списка литературы.
1. БИОГРАФИЯ АНГЛИЙСКОГО ФИЗИКА-ТЕОРЕТИКА СТИВЕНА УИЛЬЯМА ХОКИНГА
Стивен Хокинг, полное имя - Стивен Уильям Хокинг. Родился 8 января 1942 года, Оксфорд, Оксфордшир, Англия - умер 14 марта 2018 года, Кембридж, Кембриджшир. Стивен Хокинг был британским ученым, профессором и автором, который выполнял новаторские работы в области физики и космологии, и чьи книги помогли сделать науку доступной для всех.
Хокинг родился 8 января 1942 года в Оксфорде, Англия. Его день рождения был также 300-й годовщиной смерти Галилея - долгое время предмет гордости для известного физика. Хокинг, старший из четырех детей Фрэнка и Изабель Хокинг, родился в семье мыслителей.
Его шотландская мать поступила в Оксфордский университет в 1930-х годах, когда немногие женщины могли поступить в колледж. Его отец, еще один выпускник Оксфорда, был уважаемым медицинским исследователем.
Рождение Стивена Хокинга произошло в неподходящее время для его родителей, у которых не было много денег. Политический климат также был напряженным, поскольку Англия имела дело со Второй мировой войной и натиском немецких бомб в Лондоне, где пара жила, когда Фрэнк Хокинг проводил исследования в области медицины.
В попытке найти более безопасное место, Изабель вернулась в Оксфорд. У Хокингов будет еще двое детей, Мэри и Филиппа. А их второй сын, Эдвард, был усыновлен в 1956 году. Хокинги, как описал их один из близких друзей, были "эксцентричной" группой. Часто ели в тишине, каждый из Хокингов внимательно читал книгу. Семейный автомобиль представлял собой старое лондонское такси, а их дом в Сент-Олбане представлял из себя трехэтажный ремонтник, который так и не удалось починить.
В 1950 году отец Хокинга возглавил отдел паразитологии в Национальном институте медицинских исследований и провел зимние месяцы в Африке, занимаясь исследованиями. Он хотел, чтобы его старший ребенок пошел в медицину, но в раннем возрасте Хокинг проявил страсть к науке и небу.
Интерес Стивена был очевидным для его матери, которая вместе со своими детьми часто растягивалась на заднем дворе летними вечерами, чтобы смотреть на звезды. «У Стивена всегда было сильное чувство удивления», - вспомнила она. «И я могла видеть, что звезды интересуют его».
В начале своей академической жизни Хокинг, хотя и был признан блестящим, не был исключительным учеником. В течение его первого года в школе Сент-Олбанс он был третьим с самого низкого уровня своего класса. Но Хокинг сосредоточился на занятиях вне школы. Он любил настольные игры, и несколько его близких друзей создали новые собственные игры. В подростковом возрасте Хокинг вместе с друзьями создал компьютер из переработанных деталей для решения элементарных математических уравнений.
Хокинг поступил в Университетский колледж в Оксфордском университете в возрасте 17 лет. Хотя он выразил желание изучать математику, Оксфорд не предлагал ученую степень по этой специальности, поэтому Хокинг стремился к физике и, в частности, к космологии. Хокинг считал, что не уделял много времени учебе.
В 1962 году он окончил с отличием естествознание и поступил в Тринити-холл в Кембриджском университете для получения степени доктора философии. в космологии. В 1968 году Хокинг стал членом Института астрономии в Кембридже. Следующие несколько лет были плодотворным временем для Хокинга и его исследований. В 1973 году он опубликовал свою первую книгу «Крупномасштабная структура пространства-времени» вместе с Г. Ф. Эллисом.
В 1979 году Хокинг снова оказался в Кембриджском университете, где его назвали одним из самых известных преподавателей.
На новогодней вечеринке в 1963 году Хокинг познакомился с молодым студентом по имени Джейн Уайлд. Они были женаты в 1965 году. Пара родила сына, Роберта, в 1967 году, и дочь Люси, в 1970 году. Третий ребенок, Тимоти, прибыл в 1979 году.
В 1990 году Хокинг оставил свою жену Джейн ради одной из своих медсестер, Элейн Мейсон. Они поженились в 1995 году. Этот брак обострил отношения Хокинга с его собственными детьми, которые утверждали, что Элейн закрыла от них отца.
В 2003 году медсестры, ухаживающие за Хокингом, сообщили в полицию о своих подозрениях в том, что Элейн издевалась над своим мужем. Хокинг отрицал обвинения, и полицейское расследование было отменено. В 2006 году Хокинг и Элейн подали на развод. По сообщениям, в последующие годы физик стал ближе к своей семье. Он помирился с Джейн, которая снова вышла замуж. И он опубликовал пять научно-тематических романов для детей со своей дочерью Люси.
Болезнь. В возрасте 21 года у Хокинга был диагностирован боковой амиотрофический склероз (БАС или болезнь Лу Герига). Нервы, которые контролировали его мышцы, отключались. В то время врачи дали ему два с половиной года на жизнь.
Хокинг впервые начал замечать проблемы со своим физическим здоровьем, когда он был в Оксфорде - иногда он мог споткнуться и упасть на ровном месте. До 1963 года, в течение его первого года обучения в Кембридже, он не ходил к врачу. По большей части Хокинг держал эти симптомы при себе.
Но когда его отец обратил внимание на это состояние, он отвел Хокинга к врачу. В течение следующих двух недель 21-летний студент колледжа поселился в медицинской клинике, где прошел серию анализов. «Они взяли образец мышц с моей руки, сунули электроды в меня, и впрыснули немного непрозрачной жидкости в мой позвоночник, и наблюдали, как рентгеновские лучи поднимались и опускались, когда они наклоняли кровать», - сказал он однажды
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. «После всего этого они не сказали мне, что у меня было, за исключением того, что это был не рассеянный склероз, и что я был нетипичным случаем».
В конечном счете, доктора действительно диагностировали Хокинг с ранними стадиями БАС. Это была разрушительная новость для него и его семьи, но несколько событий помешали ему полностью впасть в уныние. Первый из них пришел, когда Хокинг еще находился в больнице. Там он жил в одной комнате с мальчиком, страдающим лейкемией. По словам Хокинга, в сравнении с тем, через что прошел его сосед по комнате, его положение казалось более терпимым. Вскоре после того, как он был выписан из больницы, Хокингу снился сон, что его собираются казнить. Он сказал, что этот сон заставил его осознать, что в его жизни еще есть дела.
В некотором смысле болезнь Хокинга помогла превратить его в известного ученого, которым он стал. До постановки диагноза Хокинг не всегда фокусировался на своих исследованиях. «До того, как мое состояние было диагностировано, мне было очень скучно жить», - сказал он. «Казалось, что ничего не стоит делать». С внезапным осознанием того, что он может даже не прожить достаточно долго, чтобы получить докторскую степень, Хокинг погрузился в свою работу и исследования.
Поскольку физический контроль над его телом уменьшился (он был вынужден использовать инвалидную коляску к 1969 году), последствия его болезни начали замедляться. Однако со временем постоянно расширяющаяся карьера Хокинга сопровождалась ухудшающимся физическим состоянием.
14 марта 2018 года Хокинг умер от БАС, болезни, которая должна была убить его более 50 лет назад. Ученый умер в своем доме в Кембридже, Англия.
2. НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ И ВКЛАД В НАУКУ СТИВЕНА УИЛЬЯМА ХОКИНГА
Наука помнит Хокинга прежде всего, как автора теории черных дыр. Ученые пришли к выводу о том, что, когда гигантская звезда сжимается после выработки «ресурса» (материал для проведения реакции термоядерного синтеза в ядре рано или поздно заканчивается), гравитация светила становится настолько сильной, что даже свет не может больше покинуть ее пределы. Собственно, область, из которой ничто не может выйти, и назвали черной дырой.
Если же говорить о Хокинге, то его главными научными достижениями считаются применение термодинамики к описанию черных дыр и разработка теории о том, что они «испаряются» за счет явления, получившего название «излучение Хокинга». Данная теория гласит, что черная дыра не только поглощает все, что находится вокруг нее, но также и сама испускает различные частицы, что в конечном итоге ведет к ее исчезновению. То есть:
а) некоторые кванты все же могут покидать пределы черной дыры;
б) черные дыры существуют невечно.
Рассмотрением данных вопросов занимались и до публикаций Хокинга. В частности, советские исследователи: основоположник теории ранней Вселенной Алексей Старобинский и один из создателей атомной и водородной бомб Яков Зельдович. Понятие о черных дырах, как об объектах, которые ничего не излучают, а могут только поглощать материю, было справедливо до тех пор, пока специалисты не начали учитывать квантовые эффекты. И именно работы Стивена Хокинга дали полноценный старт изучению поведения элементарных частиц вблизи черной дыры с позиции квантовой механики. Британский физик-теоретик пришел к выводу, что частицы могут выходить за пределы черной дыры и что она не может быть «абсолютно черной».
В центре внимания ученого оказалось рассмотрение спонтанного возникновения т. н. виртуальных частиц на горизонте событий черной дыры. Эти частицы «встречаются», «разлучаются» и аннигилируются. Вблизи черной дыры одна часть такой пары может упасть в нее: в этом случае вторая не будет иметь пары для аннигиляции, превратившись в радиацию, которую и излучает черная дыра. Подобные эффекты исследователи смогли наблюдать во время экспериментов на ускорителе заряженных частиц. Их удалось «растащить», затратив некоторое количество энергии, что подтвердило предположения Хокинга.
Состояние Хартли-Хокинга.
Одна идея о том, как возникла Вселенная, состоит в том, что Вселенная могла появиться из ничего из-за квантового эффекта, известного как квантовое туннелирование. В 1980-х годах Стивен Хокинг и Джеймс Хартл развили эту идею, предположив, что время не существовало до начала Вселенной, что привело их к заключению, что Вселенная не имеет начальных граничных условий ни во времени, ни в пространстве. Эта идея называется «безграничным предложением» или «состоянием Хокинга-Хартла».
Теория Хокинга о возникновении Вселенной из сингулярности.
Стивен Хокинг совместно с математиком и физиком Роджером Пенроузом смогли доказать, что возникновение черной дыры связано с гравитационной сингулярностью. Гравитационная сингулярность — это области пространства-времени, где не работают привычные для нас законы физики. Здесь события, для которых предсказан некоторый сценарий, будут разворачиваться совсем иначе.
По Хокингу и Пенроузу, это означало, что именно в этой точке уравнения общей теории относительности будут решены некорректно. Пенроуз стал первым ученым, который в своих работах связал возникновение черной дыры и гравитационную сингулярность. А позднее Хокинг применил сформулированные Пенроузом теоремы ко всей Вселенной и пришел к выводу, что в начале своего существования, до Большого взрыва, Вселенная представляла из себя массу бесконечной плотности. Именно Стивен Хокинг предположил, что энергия для большого взрыва образовалась вследствие взрыва миллионов черных дыр. Объяснить сингулярности, которые описаны в работах Пенроуза и Хокинга, современная физика пока никак не может. Именно поэтому мы пока не можем предполагать, что именно происходило до Большого взрыва.
О путешествиях в прошлое.
Хокинг считает, что теория относительности Эйнштейна допускает путешествие в прошлое, но машина времени, и даже само пространство и время, могут быть уничтожены всплеском радиации из-за искривления континуума. Теория относительности Эйнштейна, считает Хокинг, предполагает пространственно-временные путешествия с возможностью посещать прошлое, однако вполне вероятно, что деформация пространства может вызвать поток радиации разрушительной силы.
По его мнению, нет никаких теоретических препятствий для того, чтобы человек мог побывать в будущем. Для этого, правда, необходимо создать сверхскоростной космический аппарат, способный достигать 98% от скорости света, считает ученый
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
