#Роджер Пенроуз

[unabashedwitchnut]

Ученые объясняют существование того света.

Для настоящих фанатов телепатии, телепортации, ясновидения, жизни после смерти и прочих “паранормальностей” профессор Роджер Пенроуз почти икона. С одной стороны, знаменитый физик-теоретик возглавляет кафедру математики Оксфордского университета, является почетным профессором многих зарубежных университетов и академий. Он награжден престижными премиями, в том числе премией Альберта Эйнштейна,…

[erik-txt]

Мир — это иллюзия, созданная тайным сговором наших чувств.

Роджер Пенроуз

[mynewermindiary]

Протягом колапсу об'єкт випустив би лише обмежену кількість фотонів, перш ніж перетнути горизонт подій. Цих фотонів було б зовсім недостатньо, щоб передати нам всю інформацію щодо об'єкта, що колапсує. Це означає, що у квантової теорії немає ніякого способу, яким зовнішній спостерігач міг би визначити стан такого об'єкта.

Стівен Гокінг, Роджер Пенроуз; "Природа Простору та Часу"

[blogpicturesdonalexander]

Наш реальный мир, это матрица?

Для Вас читатели моего блога, я задался вопросом чем отличает реальность от иллюзии? Казалось бы, ответ очевиден. Реальность то, что можно увидеть, потрогать, попробовать на вкус. Реальность то, что материально, прочно и долговечно. Наш мир реален, потому что материален. Вообще-то серьёзные учёные предпочитают публично не распространяться о таких вещах, а то, чего доброго, прослывёшь идеалистом или, того хуже, мистиком. Но это не значит, что они об этом не думают и не обсуждают в своём «узком кругу» вопросы о сотворении мира, сознании и бессмертной душе. Проникновение всё дальше и дальше, вглубь материи заставляет меня усомниться в основах материалистического учения, по крайней мере в том, что мы привыкли называть материализмом. Возьмём такую стопроцентно реальную и лишённую всякой мистики вещь, как деревянный стол. Его можно потрогать, за него можно сесть, на него можно поставить посуду. Он прочен и долговечен, если, конечно, сделан из добротного материала. Начнём с конца, то есть с прочности и долговечности. Иными словами, рассмотрим бытиё стола во времени. Когда-то, не так уж давно, вместо стола имелось дерево, которое и не подозревало о том, какое будущее уготовано его древесине. И когда-нибудь, не в таком уж отдалённом будущем, стола не будет — он сломается или его сломают. И обломки выбросят на помойку или сожгут. А возможно, используют в каком-то ином качестве, а уж потом выбросят или сожгут. Стало быть, с точки зрения какого-то смешного с точки зрения Вселенной временного промежутка в сотню лет Стол, не более чем иллюзия. Теперь обратимся к его материальности к тому, что «можно потрогать». Стол ведь, как и все материальные предметы, состоит из атомов. А что такое атом? Атом, как это ни странно звучит, состоит в основном из пустоты. Недаром в школе нас учили, что атом подобен Солнечной системе. В центре крошечное, по сравнению с размером атома, ядро. Вокруг него на относительно огромных расстояниях движутся электроны. А между ядром и электронами вакуум. Но, может быть, положение спасёт то, что протоны и нейтроны, из которых состоит ядро, и электроны, которые движутся вокруг него, материальны. Эти элементарные частицы во��се не твёрдые «шарики». Ядерная физика уже сто лет назад установила, что они являются чем-то средним между материей (частица) и энергией (волна). А уж если говорить о физических законах, которым подчиняются эти волновые частицы, то тут аналогия с твёрдым, осязаемым миром более крупных форм становится и вовсе сомнительной. Когда мы начинаем разбирать принцип неопределённости. Принцип неопределённости, открытый немецким физиком Вернером Карлом Гейзенбергом в 1927 году, означает, в общем, следующее: нельзя одновременно определить две разные, не связанные друг с другом характеристики элементарной частицы. Измерили мы, скажем, с хорошей точностью импульс электрона, так тут же «расплылась» его координата. И наоборот. А всё потому, что электрон — не волна и не частица, а нечто среднее между ними. Такая двойственность природы элементарных частиц называется «квантово– волновой дуализм». В том числе и для самих физиков, только они в этом, как правило, не признаются. Мало того, проблемы возникают с самим наблюдением за элементарными частицами. Тут в дело вступает ещё один фактор, трудно объяснимый с материалистических позиций, эффект наблюдателя. Сам факт наблюдения влияет на объект наблюдения. Элементарная частица как бы «чувствует», что вы нацелили на неё свои сверхмощные и сверхточные приборы, и пытается из-под наблюдения «улизнуть». И ей это удаётся в силу того самого квантово-волнового дуализма. Получается следующее: мир в основе своей (то есть на микроуровне) состоит из субстанции, которая свободно перетекает из частиц в волны, да к тому же меняется в зависимости от наблюдения. А может, это и не субстанция вовсе, а чистая энергия. Сила, как в «Звёздных войнах». И мир является разным для каждого наблюдателя. Мир зависит от того, кто и как за ним наблюдает, утверждает Сидорин. В некотором смысле мы все живём в Матрице, только создали её не машины, а природа и мы сами. У каждого из нас «своя» Матрица, своя картина мира, а всеобщей, то есть объективно существующей, она станет тогда, когда информация о ней достигнет краёв обозримой Вселенной. Это что же, ждать 14 миллиардов лет, пока информация о том, достигнет самой удалённой галактики? Ведь именно таков, по мнению ��чёных, размер Вселенной 14 миллиардов световых лет; а информация распространяется «всего лишь» с максимально возможной скоростью, скоростью света. Но ждать 14 миллиардов лет не придётся: Вселенная узнает об этом событии мгновенно. И произойдёт это благодаря совсем уж странному и непонятному явлению «квантовой запутанности». Квантовая запутанность, означает примерно следующее. Два кванта (квант — это мельчайшая доля энергии, переносчик взаимодействия) как-то связаны друг с другом, «общаются», взаимодействуют. А потом в силу обстоятельств их разносит по разным уголкам Вселенной. Но если с одним из квантов что-то случится, другой, невзирая на расстояние, тут же «узнает» об этом. Если вам кажется, что «квантовая запутанность» ставит с ног на голову всю современную физику, то вам не кажется. Однако у неё есть источник и возможное объяснение, это Большой взрыв. 14 миллиардов лет назад, когда произошёл Большой взрыв, мир, был очень прост, состоял из чистой энергии и описывался одной формулой. Всё находилось в одном месте, не было ни пространства, ни времени в нашем понимании этих величин. А потом, взрыв и родилась Вселенная. Она начала расширяться, из чистой энергии родилась материя, появились силы и взаимодействия. Но кванты «помнят» то время, когда всё было в одном месте и всё, в том числе, кванты, было единым целым. Поэтому и с точки зрения Вселенной все кванты суть одно целое, распавшееся на частицы, разбежавшееся в разные стороны и «запутавшееся». И, чтобы понять природу этого целого (а заодно и причину Большого взрыва), физикам надо «всего лишь» создать Единую теорию поля. Объединить в формулы четыре известных к настоящему времени взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое (два последних отвечают за ядро атома и элементарные частицы). И получить тем самым логическое и непротиворечивое описание Первичной энергии, того, с чего всё началось. Все началось с аномальных явлений и проявлений. Призраки, полтергейсты, явления не выдумки, а проявления неизвестных в настоящее время частиц и энергий. Тут же естественным образом возникает вопрос о человеческой душе. Душа обладает энергией, которая не исчезает вместе со смертью тела. А раз есть энергия, то есть и кванты, которые эту энергию переносят. В этой связи вспомним теорию «организованной объективной редукции» — OOR. Теория OOR пытается объединить квантовую механику и представления о душе. Её адепты, американец Стюарт Хамерофф из Университета Аризоны и англ��чанин Роджер Пенроуз из Оксфорда, считают, что внутри мозговых клеток — нейронов находятся особые белковые полимеры, которые действуют по законам квантовой механики и порождают наше сознание. Согласно этой теории, сознание продолжает существовать после гибели тела, а также может отделяться от него при жизни и путешествовать по Вселенной. Но как же обстоит дело с «иллюзорностью» нашего мира? Я думаю, что весьма вероятно, для развития человечества было необходимо представление о мире как о прочном и незыблемом, надёжно описываемом законами классической механики. И��аче нам не удалось бы создать материальное производство и материальную культуру. Но теперь пришло время осознать, что все материальные объекты, окружающие нас, суть чувственная интерпретация многомерного мира. Мы привыкли считать, что наш мир трёхмерен, то есть имеет длину, ширину и высоту. С трудом, но всё– таки мы соглашаемся принять наличие четвёртого измерения — времени. Однако в мире бесконечное количество измерений, и человеку придётся с этим смириться. Итак, мы живём в трёхмерной проекции многомерного мира, потому что так удобно нашему восприятию. А многомерность мира напоминает о себе принципом неопределенности, эффектом наблюдателя и разными чудесами, которые, возможно, совершаются неизвестными сейчас силами и энергиями. Повлияет ли понимание такой «иллюзорности» трёхмерного мира на нашу повседневную жизнь? На этот вопрос, господа читатели я думаю, что вы ответите сами, а то бездействие даже в праздник, я думаю, что муке подобно, разве не так?

 31.12.2020

[vasili8m]

Змей и дротик. Путь от михраба до квазикристаллов

Источник

В 2020 году половину Нобелевской премии по физике получил Роджер Пенроуз. Премия была выдана с формулировкой «За открытие того, что образование чёрных дыр с необходимостью следует из общей теории относительности». Это произошло более чем через два года после смерти Стивена Хокинга, который наверняка бы получил эту премию, если бы дожил. Но она досталась Пенроузу (род. 8.08.1931) – человеку на 11 лет старше Хокинга, его коллеге и другу, вскоре перешагнувшему девяностолетний рубеж.

:readmore:

После 2015 года я не могу избавиться от мысли, что Нобелевская премия (особенно по литературе) изживает себя, как и олимпийские игры, но как раз Роджер Пенроуз является одним из тех гранинских «зубров», который много ранее заслужил несуществующую Нобелевскую премию по математике. Я был причастен к переводу его книги «Мода, вера, фантазия» на русский язык, и именно в тот период познакомился с сумрачным гением и скверным характером ��того человека, а также с дивными мирами, рождающимися у него в голове. Пенроуз как никто из наших современников выразил платоновские идеи о высшем мире идеальных фигур, воплощения которых когда-нибудь найдутся и в реальном мире. Именно об этой грани его исследований пойдет речь под катом: о геометрических паркетах, мозаике Пенроуза и квазикристаллах Шехтмана.

Центральную роль в типичных геометрических узорах играет симметрия. Большинству живых существ присуща зеркальная симметрия, а некоторым, например, морским звездам и радиоляриям – лучевая. Вероятно, именно поэтому симметрия кажется нам гармоничной и красивой.

В геометрических узорах понятие симметрии тесно связано с понятиями периодичности и замощения. Простейший пример и того, и другого – разделение плоскости на клетки. Такой узор абсолютно симметричен: за каждым квадратом начнется следующий квадрат. Более сложным вариантом такого узора являются геометрические паркеты, известные как на плоскости, так и на сфере. Паркет можно замостить не только геометрическими фигурами, но и изображениями, в чем особенно преуспел знаменитый голландский художник Мауриц Эшер (1898-1972). Из паркетных мозаик Эшера мне наиболее нравятся «Ангелы и демоны».

Такие паркеты, древнейшие из которых были известны еще Евклиду, эстетически привлекательны, но с геометрической точки зрения незамысловаты. Это просто периодический узор, которым можно замостить любую плоскость, и который в любой ее точке будет выглядеть одинаково. Гораздо интереснее апериодические мозаики – то есть, замощения, сохраняющие симметрию, но при этом нигде не повторяющиеся. В свою очередь, любой фрагмент апериодической мозаики уникален, и его не удастся наложить на идентичный фрагмент методом параллельного переноса, поскольку идентичного фрагмента не существует.

Исламские геометрические узоры

В Средневековье геометрические мотивы активно исследовались в арабском изобразительном искусстве. Это было связано не только с тем, что ислам запрещает изображать человека, а тем более – Аллаха, но и с тем, что Халифат обладал широким доступом к античным научным трактатам, переводившимся на арабский язык. Сложно сказать, пришли ли арабские геометры и архитекторы к понятию (а)периодичности, однако, они широко применяли и усложняли мозаичную технику гирих, представляющую собой звездчатые симметричные орнаменты:

Эта техника, возникшая в Сирии около III века н.э., могла более или менее спонтанно привести к созданию апериодической мозаики. Наиболее известным образцом (псевдо)апериодического гириха является фасад мечети имама Аль-Дарби в иранской провинции Исфахан (XV век):

Прежде чем перейти к формализации этих узоров, обратим внимание: в этом гирихе доминируют пятиугольники. Именно пятиугольник – предпоследний шаг к апериодической мозаике Пенроуза, но начнем мы с более ранних примеров.

Путь к апериодической мозаике

В XV веке периодические замощения-паркеты были изучены в Европе уже достаточно хорошо, и были известны, в частности, следующие их свойства:

Любым треугольником или четырехугольником можно замостить плоскость.

Известно 15 типов пятиугольников, позволяющих замостить плоскость; неизвестно, является ли этот перечень полным.

Известно 3 типа шестиугольников, позволяющих замостить плоскость

Невозможно замостить плоскость одинаковыми выпуклыми многоугольниками с числом сторон, большим или равным семи.

В 1619 году Иоганн Кеплер написал трактат «Harmonices Mundi» («О гармониях мира»), где рассуждал о сочетаниях геометрических фигур. Именно в этой работе он интуитивно догадался, что можно попробовать замостить плоскость многоугольниками, так, чтобы узор нигде не повторялся. Для этого Кеплер попытался использовать пятиугольники (в том числе звездчатые), весьма напоминающие мусульманские узоры:

Правда, некоторая периодичность в мозаике Кеплера все-таки существует (то есть, в ней можно найти повторяющиеся участки). Длительные попытки построить полностью апериодический узор из конечного числа фигур на плоскости успехом не увенчались, и в 1961 году китайский математик Хао Ван предположил, что апериодических замощений не существует. Тем не менее, уже в 1966 году его ученик Роберт Бергер смог доказать, что существует множество из 20 426 разных фигур, которое действительно покрывает неограниченно обширную плоскость апериодической мозаикой. Вскоре сам Бергер смог сократить это множество до 104 фигур, а в 1971 году к задаче подступился Рафаэль Робинсон, показавший, что апериодическую мозаику можно сложить всего из 8 плиток, близких по форме к квадрату. Вот мозаика Робинсона:

В мозаике Робинсона плитки должны располагаться так, чтобы красные линии одной плитки стыковались с красными линиями другой плитки, а синие – с синими. Поскольку на некоторых плитках есть линии только одного цвета, очевидно, что это накладывает на компоновку мозаики Робинсона серьезные ограничения.

Наконец, в 1974 году Роджер Пенроуз предложил апериодическую мозаику, состоящую всего из двух многоугольников, которые он назвал «kite» (воздушный змей) и «dart» (дротик). Действительно, по форме они похожи на эти фигуры, но сами раскладываются на еще более мелкие треугольники:

Из этих фигур далее складываются ромбы и параллелограммы, образующие структуру из пятиконечных звезд в обрамлении параллелограммов, причем соседние звезды повернуты относительно друг друга на 36 градусов:

До сих пор неизвестно, существует ли такая геометрическая фигура, чтобы только ее экземплярами можно было бы замостить плоскость – и получить апериодическую мозаику. Но змей и дротик Пенроуза увековечили его имя более чем за сорок лет до того, как Пенроуз получил Нобелевскую премию, и эта находка казалась не только сочетанием красоты, простоты и точности, но и чисто абстрактным геометрическим конструктом (как я упомянул во введении к этой статье, говоря о платонизме мозаики Пенроуза). Иными словами, даже Пенроуз изначально считал свою мозаику сугубо умозрительным узором. Но уже в 1982 году его мозаика была обнаружена в природе.

Квазикристаллы

В 1784 году выдающийся минералог Рене Гаюи (1743 — 1822) на основе эмпирических наблюдений показал, что любой кристалл можно разбить на элементарные ячейки (шестигранные призмы) и получить образец кристаллической решетки фактически любого размера путем параллельного переноса этих ячеек. Таким образом, кристаллическая решетка стала пониматься как идеально симметричная структура (Гаюи не знал о существовании атомов, открытых Джоном Дальтоном только в 1803 году, поэтому полагал, что кристалл состоит из мельчайших шестиугольных частиц). Только в 1912 году, когда Макс фон Лауэ открыл дифракцию рентгеновских лучей на кристаллической решетке, появилось более точное определение кристалла: «то, что дает закономерную дифракционную картину при облучении рентгеном». С тех пор точную форму кристаллической решетки различных минералов или синтетических веществ было принято определять именно рентгенографическим методом. А в 1982 году американский ученый Алан Маккей подошел к такой процедуре с ровно противоположной стороны: попробовал смоделировать трехмерную мозаику Пенроуза в наномасштабе, так, чтобы сторона плитки была сопоставима с длиной рентгеновской волны. Получилась структура, напоминающая кристаллическую решетку, обладающая симметрией 10-го порядка.

Тем временем Дан Шехтман (род. 1941) из Тель-Авивского университета провел 1982-1983 годы в творческом отпуске (т.н. sabbatical) в университете Джонса Хопкинса в США, где и заинтересовался сплавами алюминия с переходными металлами, которые получают методом быстрой закалки. Этот метод, известный еще с конца XIX века, изначально использовался для уменьшения зернистости сплава и повышения его прочности, но, если сплав нагревался при работе, то быстро терял полезные свойства и становился хрупким. Опыты в этой сфере не прекращались, и в 1960 году в Калтехе методом сверхбыстрого охлаждения удалось получить первый в своем классе аморфно-металлический сплав золота и кремния Au75Si25. В 1976 году в Пенсильванском университете было получено значительно более удобное и дешевое вещество такого рода с решеткой NiFePB (никель-железо-фосфор-бор), где первые два элемента придают сплаву прочность, характерную для металлов, а вторые два обеспечивают аморфность и пластичность. Предполагалось даже, что такие вещества могут прийти на смену железобетонным конструкциям, но к моменту творческого отпуска Шехтмана имелась лишь отлаженная технология получения таких сплавов, не давшая серьезного практического результата. В апреле 1982 года Шехтман, рассматривая под микроскопом дифракционный узор алюминиево-марганцевого сплава Al86Mn14, увидел примерно следующее:

Пытаясь объяснить эту картину, Шехтман пришел к выводу, что наблюдает апериодическую симметрию наподобие икосаэдра, а описать расположение атомов в этом сплаве можно в виде трехмерного аналога мозаики Пенроуза:

В 1984 году Дан Шехтман и Илан Блех подготовили статью о такой странной решетке, которая только в ноябре того же года была опубликована в «Physical Review Letters». Полученная структура получила название «квазикристалл», поскольку обладала симметрией, но не обладала периодичностью – таким образом, она является материальным воплощением мозаики Пенроуза. В ходе подготовки этой статьи Шехтман заявил, что не знал о моделировании Маккея; также оказалось, что сплав AlCuFe (алюминий-медь-железо) привлек внимание химиков своей странной дифракцией еще в 1939 году, но тогда еще не хватило теорбазы, чтобы распознать в нем икосаэдрический квазикристалл.

В 1987 году впервые удалось получить стабильный макроскопический квазикристалл и убедиться, что Шехтман описал новую форму организации материи, а не экзотический дифракционный эффект. В 1992 году Международный союз кристаллографии официально переопределил, что такое «кристалл» - новая формулировка звучит как «any solid, having an essentially discrete diffraction diagram», то есть «любое твердое вещество, обладающее отчетливо дискретной дифракционной картиной». В 2011 году Дэн Шехтман был удостоен Нобелевской премии по физике за это открытие.

Впоследствии, когда было открыто уже более 20 вариантов упорядочивания квазикристаллов, выяснилось, что они представляют собой не классический, а деформированный вариант мозаики Пенроуза, и атомы в них образуют хорошо различимые кластеры. Более точный рисунок квазикристаллической решетки (отсюда) выглядит вот так:

Насколько мне удалось уточнить, в настоящее время еще не найдено отчетливо полезных вариантов применения квазикристаллов. Благодаря непериодичности, к этим веществам почти ничего не прилипает (пенроузовская антипригарная сковородка), а также они почти не изнашиваются, то есть, весьма перспективны в качестве покрытия для режущих кромок. Еще предстоит разобраться, как квазикристаллы пропускают свет и тепло, могут ли они принести реальную пользу в фотолюминесценции или, например, в качестве моделей для 3D-печати. Возможно, это тема для отдельной статьи или дискуссии. Мне же до сих пор неуютно осознавать, что Пенроуз получил Нобелевку за теоретические разработки в исследовании черных дыр, а не за платоническое предвосхищение симметрии, зародившейся где-то в переднеазиатских михрабах. Впрочем, Нобелевская премия по математике не существует (в отличие от квазикристаллов), а Нобелевская премия по физике пришла и к Шехтману, и к Пенроузу, пусть и с разницей в девять лет.

:readmore:

[mayferi-blog]

📚🗂Сделай вызов себе:

1. Эрик Кандель. В поисках памяти

2. Пенни Лекутер, Джей Берресон. Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир

3. Крис Фрит. Мозг и душа.

4. Джессика Снайдер Сакс. Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире

5. Арман Мари Леруа. Мутанты

6. Ник Лейн. Лестница жизни. Десять величайших изобретений эволюции

7. Иэн Стюарт. Истина и красота. Всемирная история симметрии

8. Алекс Виленкин. Мир многих миров. Физики в поисках параллельных вселенных

9. Нил Шубин. Внутренняя рыба. История человеческого тела с древнейших вр…

10. Джон Дербишир . Простая одержимость. Бернхард Риман и величайшая нерешенная проблема в математике

11. Шон Кэрролл. Приспособиться и выжить! ДНК как летопись эволюции

12. Нил Шубин. Вселенная внутри нас. Что общего у камней, планет и людей

13. Манжит Кумар. Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

14. Марк Чангизи. Революция в зрении

15. Мэтт Ридли. Геном

16. Норман Дойдж. Пластичность мозга

17. Митио Каку. Будущее разума

18. Н. П. Бехтерева. Магия мозга и лабиринты жизни

19. Ричард Докинз. Эгоистичный ген

20. Стивен Хокинг. Краткая история времени. От Большого Взрыва до черных дыр

21. Карл Саган. Мир, полный демонов. Наука — как свеча во тьме

22. Во что мы верим, но не можем доказать. Интеллектуалы XXI века о современной науке

23. Ричард Ф. Фейнман. Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!

24. Стивен Хокинг, Роджер Пенроуз. Природа пространства и времени

25. Фритьоф Капра. Дао физики. Исследование параллелей между современной физикой и мистицизмом Востока

26.Мэри Роуч. Кадавр. Как тело после смерти служит науке

27. Шинтан Яу, Стив Надис. Теория струн и скрытые измерения Вселенной

28. Карл Циммер. Эволюция. Триумф идеи

29. Оливер Сакс. Антрополог на Марсе

30. Ася Казанцева. Кто бы мог подумать! Как мозг заставляет нас делать глупости

31. Леонард Млодинов. (Нео)сознанное. Как бессознательный ум управляет нашим поведением

32.Альберт Эйнштейн. Мир, каким я его вижу

33.Филип Болл. Критическая масса. Как одни явления порождают другие

34. Билл Брайсон. Краткая история почти всего на свете

35. Джаред Даймонд. Ружья, микробы и сталь. Судьбы человеческих обществ

36. Ирина Левонтина. Русский со словарем

37. Джек Келли. Порох. От алхимии до артиллерии. Ис��ория вещества, которое изменило мир

38. Маша Гессен. Совершенная строгость. Григорий Перельман: гений и задача тысячелетия

39. Дэвид Дойч. Структура реальности. Наука параллельных вселенных

40. Стивен Строгац. Удовольствие от x. Увлекательная экскурсия в мир математики от одного из лучших преподавателей в мире

41. Томас Кун. Структура научных революций

42. Джим Бэгготт. Бозон Хиггса. От научной идеи до "частицы Бога"

43. Пол Хэлперн. Коллайдер

44. Ричард Докинз. Капеллан дьявола. Размышления о надежде, лжи, науке и любви

45. Лиза Рэндалл. Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной

46. Митио Каку. Гиперпространство. Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение

47. Стивен Хокинг. Моя краткая история

48. Яков Перельман. Занимательная алгебра. Занимательная геометрия

49. Стивен Хокинг, Р. Пенроуз, А. Шимони, Н. Картрайт. Большое, малое и человеческий разум

50. Джордж Джонсон. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

[delovidenie]

Ответы на вопросы о лауреате нобелевской премии по физике 2020 Роджере Пенроузе (Центр Архэ)

Одним из лауреатов нобелевской премии по физике 2020 стал Роджер Пенроуз за «открытие, связанное с тем, что образование черной дыры является надежным предсказанием общей теории относительности». Что это значит? Задавайте свои вопросы об этом открытии в комментариях под этим постом — https://vk.com/wall-60067740_16839 7 октября в 21:00 на Ваши вопросы в прямом эфире ответит доктор физико-математических […]

Сообщение Ответы на вопросы о лауреате нобелевской премии по физике 2020 Роджере Пенроузе (Центр Архэ) появились сначала на Деловидение.

https://delovidenie.com/otvety-na-voprosy-o-laureate-nobelevskoj-premii-po-fizike-2020-rodzhere-penrouze-czentr-arhe/

[germaniaone]

Немец получил Нобелевскую премию по физике за огромную черную дыру в центре нашей галактики

Нобелевскую премию по физике в этом году разделили сразу три лауреата – британец Роджер Пенроуз, а также немец Рейнхард Гензель и американка Андреа Гез. Открытия ученых связаны с одним из самых загадочных явлений во Вселенной – черной дырой. До это черные дыры считались только теорией. Половину премии получил Роджер Пенроуз #Закон #Исследование #Лето #Смерть

[demiurgeua]

Названі лауреати Нобелівської премії з фізики

Названі лауреати Нобелівської премії з фізики

Шведська королівська академія наук у Стокгольмі 6 жовтня оголосила лауреатів Нобелівської премії з фізики 2020 року.

Половину премії отримає англієць Роджер Пенроуз (Roger Penrose) за відкриття того, що «утворення чорних дір є надійним прогнозом загальної теорії відносності».

Іншу частину отримають спільно американка Андреа Гез (Andrea Ghez) і німець Рейнгард Ґенцель (Reinhard Genzel) «за…

[erik-txt]

Каждый миг, когда мы осознаем течение времени, наиболее близкая часть необозримого и кажущегося неопределенным будущего непрерывно превращается в настоящее, и, таким образом, добавляет свою строку в анналы прошлого.

Роджер Пенроуз

[readfacts]

Сэр Роджер Пенроуз (дата рождения 8 августа 1931 / 88 лет) - английский физик и математик, работающий в различных областях математики, общей теории относительности и квантовой теории; автор теории твисторов. Член Лондонского королевского общества (1972), возглавляет кафедру математики Оксфордского университета. Среди его наград — премия Вольфа (1988, совместно со С. Хокингом) и медаль Копли (2008). ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ Факты о Сэр Роджер Пенроуз: 1. Родители Роджера Пенроуза - Лайонел Шарплз Пенроуз и Маргарет Лизис - имели медицинское образование. Маргарет была врачом, а Лайонел — медицинским генетиком, членом Королевского общества. ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ 2. В 1939 году семья переехала в США, а затем в Канаду — в город Лондон в провинции Онтарио, где Роджер посещал школу. В это же время у него начал формироваться интерес к математике. ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ 3. В 1965 году в Кембридже Пенроуз показал, что сингулярности, подобные существующим в чёрных дырах, могут быть сформированы в процессе гравит��ционного коллапса умирающих больших звёзд. ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ 4. В 1974 году Роджер Пенроуз приобретает широкую известность как изобретатель мозаики Пенроуза, позволяющей с помощью всего лишь двух плиток весьма простой формы замостить бесконечную плоскость непериодическим узором. В 1984 году подобные структуры были найдены в расположении атомов квазикристаллов. ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ 5. Важным научным вкладом Пенроуза можно считать изобретение спиновых сетей (1971 год), которые затем были активно использованы для описания геометрии пространства-времени в петлевой квантовой гравитации. ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀ ⠀ 6. Является почётным профессором многих зарубежных университетов и академий. В 1994 году за выдающиеся заслуги в развитии науки королевой Англии ему был присвоен рыцарский титул. https://www.instagram.com/p/B68KtSpo9X5/?igshid=h5o77p612x40

[blogpicturesdonalexander]

Гигантская голограмма Вселенной?

 Для Вас читатели моего блога, физики продолжают изучать Вселенную и гравитационные волны в ней, с помощью интерферометров. С помощью специального прибора - интерферометра - физики собирались научно подтвердить один из выводов теории относительности Эйнштейна. Согласно этой теории, во Вселенной существуют так называемые гравитационные волны - возмущения гравитационного поля, «рябь» ткани пространства-времени. Распространяясь со скоростью света, гравитационные волны предположительно порождают неравномерные движения масс крупных астрономических объектов: образование или столкновения черных дыр взрыв сверхновых. Не наблюдаемость гравитационных волн наука объясняет тем, что гравитационные воздействия слабее электромагнитных. Ученые, затеявшие свой эксперимент, предполагали обнаружить эти гравитационные волны, которые впоследствии могли бы стать источником ценной информации о так называемой темной материи, из которой в основном и состоит наш Вселенная. До сих пор ученым не удавалось обнаружить гравитационные волны, однако, судя по всему, ученым с помощью прибора удалось сделать крупнейшее за последние полвека открытие в области физики. В течение многих месяцев специалисты никак не могли объяснить природу странных шумов, мешающих работе интерферометра. Согласно предположению, интерферометр столкнулся с фундаментальной границей пространственно-временного континуума — точкой, в котором пространство-время перестает быть сплошным кон��инуумом, описанным Эйнштейном, и распадается на «зерна», словно фотография, увеличенная в несколько, превращается в скопление отдельных точек. Похоже, что интерферометр наткнулся на микроскопические квантовые колебания пространства-времени. Если интерферометр наткнулся на то, что я предполагаю, это означает, что мы живем в гигантской космической голограмме. Хотя я думаю, что идея того, что мы живем в голограмме, может показаться нелепой и абсурдной, однако она — лишь логическое продолжение нашего понимания природы черных дыр, основанного на вполне доказуемой теоретической базе. Как ни странно, теория голограммы существенно помогла бы физикам наконец объяснить, как устроена Вселенная на фундаментальном уровне. Привычные нам голограммы (как, к примеру, на кредитках) наносятся на двухмерную поверхность, которая начинает казаться трехмерной при попадании на нее луча света под определенным углом. Наше ежедневное существование само по себе может являться голографической проекцией физических процессов, которые происходят в двухмерном пространстве. В голографический принцип структуры Вселенной очень трудно поверить: сложно вообразить, что вы просыпаетесь, чистите зубы, читаете газеты или смотрите телевизор только потому, что где-то на границах Вселенной столкнулись между собой несколько гигантских космических объектов. Никто пока не знает, что для нас будет означать жизнь в голограмме, однако физики-теоретики имеют множество причин считать, что отдельные аспекты голографических принципов функционирования Вселенной, это реальность. Выводы ученых основываются на фундаментальном изучении свойств черных дыр, которые проводились знаменитым физиком-теоретиком Стивеном Хоккингом совместно с Роджером Пенроузом. Ученый Хоккинг изучал фундаментальные законы, которые управляют Вселенной и показал, что из теории относительности Эйнштейна следует такое пространство-время, которое начинается в Большом Взрыве и заканчивается в черных дырах. Эти результаты указывают на необходимость объединения изучения теории относительности с квантовой теорией. Одним из следствий такого объединения является утверждение, что черные дыры на самом деле не совсем черные, на самом деле они испускают излучение, которое приводит к их постепенному испарению и полному исчезновению. Таким образом, возникает парадокс, названный информационным парадоксом черных дыр: сформировавшаяся черная дыра теряет массу, излучая энергию. Когда черная дыра исчезает, вся поглощенная ей информация утрачивается. Однако, согласно законам квантовой физики, информация не может быть утрачена полностью. Контраргумент Хокинга: интенсивность гравитационных полей черных дыр непонятным пока образом соответствует законам квантовой физики. Коллега Хоккинга, физик Бекенштейн, выдвинул важную гипотезу, которая способствует разрешению этого парадокса. Он высказал гипотезу, что черная дыра обладает энтропией, пропорциональной площади поверхности ее условного радиуса. Это некая теоретическая площадь, которая маскирует черную дыру и отмечает точку невозвращения материи или света. Физики-теоретики доказали, что микроскопические квантовые колебания условного радиуса черной дыры могут кодировать информацию, находящуюся внутри черной дыры таким образом потери информации, находящейся в черной дыре в момент ее испарения и исчезновения, не происходит. Таким образом, можно предположить, что трехмерная информация об исходном веществе может быть полностью закодирована в двухмерный радиус образовавшейся после ее гибели черной дыры, примерно, как трехмерное изображение объекта кодируется с помощью двухмерной голограммы. Другие ученые, пошли еще дальше, применив эту теорию к структуре Вселенной, основываясь на том, что космос также обладает условным радиусом граничной плоскостью, за пределы которой свет еще не успел проникнуть за 13, 7 млрд. лет существования Вселенной. Другие ученые, сумели доказать, что в гипотетической пятимерной Вселенной будут действовать те же физические законы, что и в четырехмерном пространстве. Согласно теории Хоккинга, голографический принцип существования Вселенной радикально меняет привычную нам картину пространства-времени. Физики-теоретики долгое время считали, что квантовые эффекты способны заставить пространство-время хаотично пульсировать в ничтожных масштабах. При таком уровне пульсации ткань пространственно-временного континуума становится в виде зернистой фотопленки и словно сделанной из мельчайших частиц, похожих на пиксели, только в сотни миллиардов миллиардов раз меньше протона. Это мера длины известна как «планковская длина» и являет собой цифру 10-35 м. В настоящее время фундаментальные физические законы проверены опытным путём до расстояний 10-17метров, и Планковская длина считалась недостижимой, до тех пор, пока Хоккинг не осознал, что голографический принцип меняет все. Если пространственно-временной континуум представляет собой зернистую голограмму, тогда Вселенную можно представить как сферу, внешняя поверхность которой покрыта мельчайшими поверхностями длиной 10-35 м, каждая из которой несет в себе частичку информации. Голографический принцип гласит, что количество информации, покрывающей внешнюю часть сферы- Вселенной должно совпадать с количеством битов информации, содержащейся внутри объемной Вселенной. Поскольку объем сферической Вселенной гораздо больше, чем вся ее внешняя поверхность, возникает вопрос, как возможно соблюсти этот принцип? Ученые предположили, что биты информации, из которых состоит внутренность Вселенной, должны иметь размеры большие, чем Планковская длина. Иными словами, голографическая Вселенная похожа на нечеткую картинку. Для тех, кто занимается поиском мельчайших частиц пространства-времени это хорошая новость. В противоположность всеобщим ожиданиям, микроскопическая квантовая структура вполне доступна для изучения. В то время как частицы, размеры которых равны Планковской длине, невозможно обнаружить, голографическая проекция этих зерен, равна приблизительно 10-16 м. Когда ученый сделал все эти выводы, он задумался над тем, возможно ли экспериментальным путем определить эту голографическую размытость пространства-времени. 

И тут на помощь пришел интерферометр. Приборы вроде интерферометров, способные к обнаружению гравитационных волн, работают по следующему принципу: если сквозь него проходит гравитационная волна, он растянет пространство в одном направлении и сожмет его в другом. Для измерения волны ученые направляют лазерный луч через специальное зеркало, называемое "разделителем лучей". Оно делить лазерный луч на два луча, которые проходят сквозь 600-метровые перпендикулярные стержни и возвращаются обратно. Вернувшиеся назад лучи вновь соединяются в один и создают интерференционную картину светлых и темных участков, где световые волны либо пропадают, либо усиливают друг друга. Любое изменение в позиции этих участков указывает на то, что относительная длина стержней изменилась. Экспериментальным образом можно обнаружить изменения длины меньше диаметра протона. Если прибор интерферометр, действительно обнаружил голографический шум от квантовых колебаний пространства-времени, он станет для исследователей палкой о двух концах: с одной стороны, шум станет помехой для их попыток «поймать» гравитационные волны. С другой стороны, это может означать, что исследователям удалось сделать гораздо более фундаментальное открытие, чем предполагалось вначале. Впрочем, наблюдается некая ирония судьбы: прибор, сконструированный для того, чтобы улавливать волны, являющиеся следствием взаимодействия крупнейших астрономических объектов, обнаружил нечто столь микроскопическое, как «зерна» пространства-времени. Чем дольше ученые не могут разгадать тайну голографического шума, тем острее встает вопрос о проведении дальнейших исследованиях в этом направлении. Одной из возможностей для исследований может стать конструирование так называемого атомного интерферометра, принцип работы которого схож с обычным интерферометром, однако вместо лазерного луча будет использоваться низкотемпературный поток атомов. Что будет означать для человечества обнаружение голографического шума? Я господа читатели уверен, что человечество находится в шаге от обнаружения кванта времени. Квант времени, это мельчайший из возможных интервалов времени: Планковская длина, деленная на скорость света. Впрочем, больше всего возможное открытие поможет исследователям, пытающимся объединить квантовую механику и гравитационную теорию Эйнштейна. Наибольшей популярностью в научном мире пользуется теория струн, которая, как полагают ученые, поможет описать все происходящее во Вселенной на фундаментальном уровне. В заключении добавлю, что если голографические принципы будут доказаны, то ни один подход к изучению квантовой гравитации отныне не будет рассматриваться вне контекста голографических принципов. Напротив, это станет толчком к доказательствам теории струн и теории матрицы. Возможно, в наших руках первые свидетельства того, как пространство-время следует из квантовой

Теории.

  суббота, 14 ноября 2020, 10:28

[rmalenko]

New Post has been published on Pinme.club

New Post has been published on https://pinme.club/pin/yskusstvennyj-yntellekt-okazalsia-nerazreshymoj-zadachej/

Искусственный интеллект оказался неразрешимой задачей

Математики доказали, что алгоритмы машинного обучения упираются в проблему теории множеств, не имеющую решения по фундаментальным причинам

Амир Йегудайоф из университета Тель-Авива и его коллеги занимались прикладной математической задачей — алгоритмами машинного обучения. Неожиданно оказалось, однако, что эта проблема упирается в фундаментальный математический парадокс, обнаруженный великими математиками XIX-ХХ веков Георгом Кантором и Куртом Гёделем. А именно, вопрос о том, достигает ли успеха алгоритм машинного обучения, оказался фундаментально неразрешимым. Об этом сообщает статья, опубликованная 7 января в Nature Machine Intelligence.

Предыстория вопроса: знаменитые парадоксы ХХ века

Наглядный пример парадокса, обнаруженного математиком Бертраном Расселом еще столетие назад, дает задача о двух каталогах. Согласно ее условиям, в библиотеке все книги должны быть внесены в один из двух каталогов: в первый вносятся те книги, где есть ссылка на самих себя, а во второй — те, в которых ссылка на себя отсутствует. Поскольку эти каталоги сами представляют собой книги, их также нужно внести в один из каталогов. Однако сложность в том, что если в первый каталог можно записать ссылку на сам этот каталог (а можно и не записывать — все равно условие будет выполнено), то второй каталог нельзя записать никуда. Но и не записывать его тоже нельзя: условие задачи будет нарушено в любом случае.

Размышления о расселовском парадоксе привели Курта Геделя к формулировке его знаменитой «теоремы о неполноте». Рассуждал он так: возьмем некую систему математических аксиом и составим полный список всех возможных математических утверждений, которые следуют из этих аксиом (нечто вроде библиотечного каталога). Тогда, доказал Гёдель, можно сконструировать истинное математическое утверждение, которого точно не будет в этом списке («второй каталог» в вышеприведенном примере). Таким образом, любая система аксиом, даже бесконечная, обязательно окажется неполной: некоторое истинное утверждение будет невозможно вывести из нее математически. Оно будет, как выражаются математики, «неразрешимым» (undecidable). Но даже если назвать это утверждение «аксиомой» и добавить к списку, новая система аксиом снова окажется неполной: для нее также можно будет сконструировать недоказуемое и неопровержимое утверждение.

  Один из примеров геделевского неразрешимого утверждения — «проблема континуума», сформулированная Георгом Кантором. Немецкий математик сравнивал разные бесконечные множества и обнаружил, что они отличаются друг от друга по «мощности». В частности, множества натуральных, рациональных и действительных чисел бесконечны. Однако если натуральные и рациональные числа можно поставить в соответствие друг другу (мощность этих множеств равна), то с действительными числами это не работает: его элементы расположены гораздо «гуще».

Кантор задал вопрос: а есть ли множества, мощность которых больше, чем у множества натуральных чисел, но меньше, чем у действительных? Ответ на этот вопрос он дать не смог, а в 1940 году Гедель доказал, что это как раз и есть пример неразрешимого утверждения в рамках теории множеств. Можно сказать, что множеств промежуточной мощности не существует — и это утверждение станет частью непротиворечивой математической системы. Но можно утверждать и обратное, и в результате опять получится непротиворечивая система утверждений, хотя и отличная от первой.

Английский математик Алан Тьюринг развил идею Геделя в применении к вычислительным алгоритмам. Он доказал, что в списке «всех возможных алгоритмов, приводящих к решению задачи» будет заведомо отсутствовать алгоритм, устанавливающий, приведет ли к решению некий произвольный алгоритм. На этом основании современный британский математик Роджер Пенроуз выдвинул аргументированную гипотезу, согласно которой человеческое мышление принципиально неалгоритмизируемо. Из этой гипотезы следует, что «искусственный интеллект» в точном смысле этого слова невозможен: определенный класс задач, решаемых человеческим мозгом, возможно, представляет собой неразрешимые тьюринговские алгоритмы.

Суть проблемы: парадокс машинного обучения

В ХХ веке казалось, что геделевские неразрешимые утверждения носят довольно абстрактный характер и не имеют отношения к прикладным задачам. Несколько лет назад, впрочем, группа физиков-теоретиков во главе с Тони Кьюбиттом доказала, что геделевская неразрешимость возникает в физической задаче «квантового гэпа»: невозможно вычислить теоретически, окажется ли произвольно большая пластина некоего материала сверхпроводником.

Авторы статьи в Nature занимались еще более прикладной проблемой — машинным обучением. Обычно подобные задачи выглядят так: алгоритму предъявляют «обучающие» конечные наборы данных, в которых требуется, к примеру, научиться распознавать изображение котенка. Задача обучения считается решенной, если алгоритм будет способен безошибочно «находить котят» в произвольно большом, то есть бесконечном, наборе данных.

Йегудайоф и его коллеги изучали взаимосвязь между обучаемостью и «сжатием» данных. Они обнаружили, что вопрос о сжимаемости информации тесно связан с проблемой континуума Кантора — которая, как сказано выше, математически неразрешима. Существует бесконечно много способов выбрать из бесконечно большого набора данных меньший набор. Однако «мощность» этой бесконечности оставалась неизвестной. Авторы показали, что эта «мощность» как раз и характеризуется неразрешимостью в рамках проблемы континуума. А именно, если принять гипотезу Кантора, то всегда найдется малый набор обучающих данных, на основании которого алгоритм научится делать предсказания — «искать котенка» — в произвольно большой выборке. Но если принять обратное утверждение, то есть допустить существование множеств промежуточной мощности, никакая выборка данных не даст гарантии успеха.

По ��нению авторов работы, обнаруженный парадокс очень важен для понимания принципов сжатия данных, лежащих в основах машинного обучения. В то же время его практическая значимость остается под вопросом: бесконечные наборы данных представляют собой математическую абстракцию. Тем не менее подобные исследования, указывающие на фундаментальные границы алгоритмического «мышления», очень важны для понимания перспектив разработки систем искусственного интеллекта, а в конечном итоге — для понимания феномена человеческого разума.

[velosipedov]

Сэр Роджер Пенроуз. Sir Roger Penrose. #respect #graphicart #sketch #softpastel #science #physics #mathematics #уважение https://ift.tt/2Qrl8Cp

[laskatvoritchudesa]

Стивен Хокинг о черных дырах и злодеях бондианы

Журнал Wired пообщался со Стивеном Хокингом — известнейшим астрофизиком и специалистом по черным дырам, прикованным к инвалидному креслу вследствие бокового амиотрофического склероза. Предлагаем вашему вниманию перевод интересного текста, в котором Стивен Хокинг, возможно, освещается со сторон, ранее вам неизвестных.

[[more]]

Во второй половине дня 23 сентября 2014 года, за несколько минут до начала лекции в Лос-Пуэбло, Тенерифе, Стивен Уильям Хок��нг переписывал части своей речи. Хокинг известен тем, что занимается теоретической физикой и фундаментальными проблемами в физике (его последняя мощная работа, опубликованная в январе 2014 года, называется «Сохранение информации и прогнозирование погоды для черных дыр»), очень знаменит и весьма медленно пишет.

Он управляет своим компьютером, двигая мышцей правой щеки. Ее движения фиксируются с помощью инфракрасного датчика, подключенного к очкам, что позволяет ученому передвигать курсор на экране компьютера, подключенного к инвалидной коляске. Он старательно выстраивает предложения со скоростью несколько слов в минуту, эта скорость постепенно снижается по мере ухудшения его мышечного контроля. В такое состояние его завел боковой амиотрофический склероз, заболевание нейронов, от которого он страдает с 21 года (он принял участие в ALS Ice Bucket Challenge в августе за счет своих детей: «Поскольку у меня было воспаление легких в прошлом году, было бы глупо выливать на меня ведро холодной воды»). Его лекция в Тенерифе называлась «Квантовое рождение Вселенной». Аудитория на 1500 мест была забита полностью.

«Он переписывал текст в последнюю минуту, поэтому мы немного паниковали, — рассказывает Джонатан Вуд, ассистент Хокинга. В его обязанности входит всякое: от технической помощи до управления соцмедиа. — Он всегда так делает. Я делаю слайды в PowerPoint, потому что он не может. Я не физик, а он часто говорит о вещах, которые я не понимаю, поэтому ему приходится постоянно объяснять, какие слайды ему нужны».

Эта лекция была частью шестого «Стармуса» (Starmus), шестидневного научного фестиваля, который собрал группу выдающихся ученых, в том числе нобелевского лауреата Джона Матера, биолога Ричарда Докинза и гитариста Queen Брайана Мэя, эксперта в астрономии трех измерений. Но главной звездой был Хокинг.

Когда он пробрался на сцену в окружении помогающих ему медсестер и ассистентов, гигантский экран показал видеомонтаж на тему столкновений черных дыр и кадров, снятых с точки обзора Хокинга, сидящего в инвалидном кресле.

Хокинг всегда начинает свои лекции одинаково — со слов: «Как слышно?». Хокинг умеет быть выразительно веселым и одновременно направлять аудиторию через смелые идеи о происхождении Вселенной, разработанные им на протяжении последних десятилетий. Собственно, за эту смесь юмора и сложнейшей теоретической физики и любят Хокинга, которому уже 72 года и который уже стал своеобразным символом ученого. Его портретами украшают свои рабочие места, с ним хотели сфотографироваться Барак Обама, Билл Клинтон и Стивен Спилберг (дважды), он не раз появлялся в «Звездном пути» и в «Симпсонах».

«Я посетил его знаменитую лекцию «В поле зрения наблюдается конец теоретической физики?», — говорит физик Нил Турок, старый друг и коллега Хокинга. — Вся лекция протекала в забавной форме, как серия анекдотов. Он был смелым и наивным, сказал, что думает, что через 20 лет все это свернется. Спустя двадцать лет он провел другую лекцию, под названием «Наблюдается ли, наконец, конец теоретической физики в поле зрения?» и признал, что ему придется подождать еще лет двадцать».

Стивен Хокинг 10 октября 1979 года, Принстон, Нью-Джерси

Хокингу удается создавать свой имидж, совмещая популярное обращение Карла Сагана с шикарным пониманием теоретической физики Ричарда Фейнмана. Он ловко упаковывает свои теории и мысли (известно, что он может глубоко задумываться о физике, даже посещая общественные мероприятия) в популярные книги, от «Краткой истории времени» — бестселлера, который практически самостоятельно перезапустил эпоху научно-популярной литературы, — до «Великого замысла», написанного в соавторстве с физиком Леонардом Млодиновым в 2010 году. Эти книги больше, чем что-либо другое демонстрируют склонность Хокинга к сжатым и смелым заявлениям с примесью нетрадиционного юмора. Вот, к примеру, раздумывая над идеей множественной вселенной, Хокинг допустил, что у Вселенной может и не быть уникальной истории, а скорее коллекция всех возможных историй во Вселенной, одинаково реальных и с собственным набором физических законов.

«Может быть одна история, в которой Луна состоит из сыра Рокфор, — пишет Хокинг. — Но мы наб��юдаем, что Луна состоит не из сыра, и это плохие новости для мышей».

Общественная роль Хокинга не умаляет того факта, что за последние пять десятилетий он стал одним из самых смелых покорителей космоса, во всяком случае, мысленно — его сознание блуждает в теоретических измерениях, которые по большей части остаются недоступными для экспериментов и непосредственного наблюдения. Из необходимости (он больше не может писать уравнения) Хокинг разработал оригинальный метод мышления о загадках космоса, полагаясь не столько на уравнения, как большинство физиков, а предпочитая думать в терминах изображений и геометрии. Эти инструменты — лучшие союзники для тех, кто хочет свершать мощные интуитивные прорывы, а не вносить постепенные улучшения, в нашем понимании космоса.

«Он открыл новые области физики, — говорит Кип Торн, физик Калифорнийского технологического института и один из ведущих мировых экспертов в области общей теории относительности. По работам Кипа Торна и с его непосредственной помощью Кристофер Нолан снял фильм «Интерстеллар». — Было несколько ключевых моментов в его карьере, когда он совершал огромный прорыв, а все остальные пытались догнать или понять его изо всех сил».

Стивен Хокинг в невесомости, 26 апреля, 2007 год

Манера, в которой он переходил от прорыва к прорыву, особенно в наиболее плодотворный период 70-80 годов, была весьма необычной, поскольку Хокинг не только регулярно демонстрировал далеко идущие взгляды, но и был склонен к резким переходам и разворотам. Он первым доказал, что Вселенная началась с сингулярности — события в пространстве-времени, в котором все законы физики ломаются вдребезги — а затем, работая с Джеймсом Хартли, разработал предложение «безграничности», предположив, что до Большого Взрыва времени не существовало, а значит, Вселенная не имела начала.

«Нет никакого смысла говорить о времени до начала вселенной. Это как искать точку южнее Южного Полюса».

Он также был одним из первых физиков, который разработал свод законов для динамики черных дыр, в том числе и то, что черные дыры никогда не уменьшаются; позже он открыл, что они определенно могут уменьшаться — они испаряются вследствие излучения (сегодня известного как излучение Хокинга). Этот вывод стал очень спорным, породил дискуссию на десятилетия и лег в основу нескольких важных книг.

WIRED встретился со Стивеном Хокингом через день после лекции. Его медсестра Патриция Доуди держала его за руку, чтобы помочь ему осуществить легкое рукопожатие. Жанна Йорк, его личный ассистент, представила Хокинга. Его команда разработала своеобразный способ общения с ним, задавая только те вопросы, на которые можно ответить «да» или «нет», и внимательно наблюдая за его мимикой, интерпретируя мысли и чувства. Хокинг прибыл в Тенерифе по воде (врач запретил летать из-за здоровья), путешествие заняло шесть дней.

Он был в хорошем настроении, часто улыбался, словно бросая вызов неподвижности своего тела. Неподвижность — это, наверное, состояние, с которым Хокинг знаком лучше всего, но оно никогда не останавливало его от постоянного движения, как физического, так и ментального. Неудержимая настойчивость, пожалуй, характеризует Хокинга лучше всего. «Я просто ребенок, который никогда не вырос», — писал он в своей автобиографии. «Я продолжаю задавать вопросы «как» и «почему». Иногда нахожу ответы».

Wired: Какие уроки космологии, по вашему мнению, читатели Wired должны усвоить, если хотят идти в ногу с современной мыслью?

Стивен Хокинг: Они должны понимать, что Вселенная началась с периода инфляции, в процессе которого расширилась с невероятной скоростью. Квантовые флуктуации привели к тому, что некоторые регионы расширялись медленнее остальной части Вселенной. Эти регионы, в конечном счете, прекратили расширяться и коллапсировали, образовав галактики, звезды и все структуры во вселенной. Квантовые флуктуации во время инфляции также создали первичные гравитационные волны.

Wired: Математик Роджер Пенроуз упомянул, что вы всегда задаете неудобные вопросы. Каким вопросом вы задаетесь прямо сейчас?

Хокинг: Я работаю над тем, как примирить видимую потерю информации при испарении черной дыры с нашим пониманием физики — информация никогда не исчезает бесследно. Я поднял этот вопрос 40 лет назад и, несмотря на большое количество работ, не получил удовлетворительного решения этого парадокса. Вместо этого обнаружилось противоречие между тем, что информация не исчезает, и обычным предположением о том, что физика локальна. Предположили также, что где-то вне черной дыры есть огненная стена (файрвол), которая ��росто сжигает все, что в нее попадает, но я не верю в файрволы. Я скорее думаю, что пространство-время искривляется.

Кадр из фильма «Теория всего»

Wired: Вы также считаете, что у Вселенной нет единого прошлого, но различные возможные истории. Какие эксперименты могли бы подтвердить эту теорию?

Хокинг: Идея Фейнмана о сумме историй состоит в том, что система развивается каждым истори��еским путем. Это можно продемонстрировать, направив поток частиц на лист с двумя щелями. Ряд частиц, попадающих на экран за щелями, образует полосы, как если бы они были световыми лучами. Интерпретация в том, что у каждой частицы есть две альтернативных истории, одна через одну щель, другая через другу, и они пересекаются, интерферируют подобно лучам света.

Wired: В своей книге «Великий замысел» вы пишете, что М-теория — это теория, которую хотел найти Эйнштейн, предсказывающая и описывающая Вселенную, и что физики пришли к ней абстрактными соображениями логики. Тем не менее эта теория не подтверждена экспериментально. Если бы экспериментальная физики не была ограничена существующими технологиями и финансовыми бюджетами, какие прогнозы ваших теорий вы хотели бы проверить эмпирически? И если бы вы могли придумать эксперимент без таких ограничений, что бы это было?

Хокинг: Я начинаю сомневаться в М-теории, но жизнеспособной альтернативы, похоже, нет. М-теория предполагает, что суперсимметрия — это симметрия между частицами материи, как фотон, как электрон. Суперсимметрия означала бы, что все частицы, известные нам, обладают суперпартнерами, но пока ни одного не нашли. Что касается эксперимента, я хотел бы обнаружить излучение Хокинга черной дырой, потому что тогда я бы выиграл Нобелевскую премию.

Излучение Хокинга крайне сложно обнаружить, потому что излучение черной дыры с массой в пару солнц будет температурой всего на одну миллионную долю градуса выше абсолютного нуля. Небольшие первичные черные дыры обладали бы более высокой температурой, но таких, похоже, поблизости нет.

Wired: Ваш старый друг, физик Кип Торн, описал, что когда вы потеряли возможность использовать руки, вы разработали мощный набор инструментов, которых нет ни у кого, включая необычную возможность манипулировать мысленными образами объектов, кривых, поверхностей, форм, не в трех, а во всех четырех измерениях пространства и времени. Можете ли вы описать этот мысленный процесс? Не думаете ли вы о том, что решаете проблемы, которые не могут решить другие, благодаря этому особому набору мысленным инструментов?

Хокинг: Никто не может представить четыре измерения. Три — уже сложно. Я же визуализирую двумерные сечения, помня, что они являются частью четырехмерного целого. Эту геометрическую визуализацию я использовал в доказательстве теоремы сингулярности и в моей работе над черными дырами, включая излучение черной дыры. Моя инвалидность не позволяет записывать сложные уравнения, поэтому я предпочитаю работать с геометрической интерпретацией.

Wired: Вы сказали, что нет ничего лучше, чем момент «эврика» — обнаружения чего-то нового. Можете ли вы описать свой любимый момент «эврика»?

Хокинг: Я направлялся в постель после рождения моей дочери Люси. Моя инвалидность серьезно замедлила этот процесс, поэтому у меня было время подумать о черных дырах. Вдруг я понял, что если две черные дыры сталкиваются и сливаются, площадь горизонта конечной черной дыры будет больше, чем сумма площадей изначальных черных дыр. Я был так взволнован, что не смог уснуть той ночью.

Wired: В вашей жизни был момент, когда вы потеряли возможность говорить, а следовательно и коммуницировать. Позже вы написали «Краткую историю времени», которая в корне изменила научно-издательский рынок и открыла путь научно-популярным книгам. Откуда взялось желание коммуницировать в научном поле?

Хокинг: Я мог говорить с синтезатором речи, хотя он и снабдил меня американским акцентом. Я сохранил этот голос, потому что теперь это моя торговая марка. Прежде чем я потерял свой голос, он был настолько невнятным, что только близкие могли меня понимать, но с компьютерным голосом я обнаружил, что могу давать популярные лекции. Мне нравится общаться в научном кругу. Очень важно, чтобы публика понимала научную базу, иначе жизненно важные решения будут принимать другие.

Wired: Вы давно отстаиваете точку зрения на тему того, что мы должны колонизировать другие миры. Как может человечество достичь этого?

Хокинг: Я считаю, что человеческая раса не сможет выжить на Земле в течение неопределенного срока без некой катастрофы. Но я хотел бы, чтобы мы распространились в космосе и не хранили все яйца в одной корзине, ну или на одной планете.

Wired: Можете ли вы рассказать нам больше о работе, которую ведете совместно с Intel и которая посвящена технологии повышения скорости вашей коммуникации, вроде прогнозирующие текст движки, нейрокомпьютерные интерфейсы, распознавание лиц и другие датчики?

Хокинг: Intel создала текстовый редактор для меня на основе предиктивного ввода текста, который позволяет мне писать быстрее. Программа активируется небольшим датчиком на моих очках. Я пишу эти ответы с его помощью. Intel собирается открыть исходный код программы, чтобы сделать ее доступной для других людей. Intel также пыталась работать над распознаванием лица, но диапазон сообщений, которые я могу передать, очень ограничен. С нейрокомпьютерными интерфейсами у меня тоже не было особого успеха. Мои воспитатели говорят, что это потому что у меня нет мозговых волн.

Wired: Вы были в «Симпсонах», принимали участие в документальном фильме Эррола Морриса, вас продюсировал Стивен Спилберг, вы попали в «Звездный путь». Какой была бы ваша идеальная роль в кино? Как вы относитесь к современной поп-культуре?

Хокинг: Моя идеальная роль — злодей в фильме о Джеймсе Бонде. Думаю, инвалидная коляска и компьютерный голос отлично вписались бы. Я мало знаю о популярной культуре, поскольку трачу все время на науку.

[business-live]

Список научно популярных книг, которые достойны вашего внимания. Не секрет, что в наш прагматичный век научно-популярная литература становится все более востребованной, давая фору беллетристике всех мастей. Для тех, кто считает, что учиться никогда не поздно, мы составили список настоящих жемчужин в жанре научпоп. Эрик Кандель. В поисках памяти Пенни Лекутер, Джей Берресон. Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир Крис Фрит. Мозг и душа. Джессика Снайдер Сакс. Микробы хорошие и плохие. Наше здоровье и выживание в мире Арман Мари Леруа. Мутанты Ник Лейн. Лестница жизни. Десять величайших изобретений эволюции Иэн Стюарт. Истина и красота. Всемирная история симметрии Алекс Виленкин. Мир многих миров. Физики в поисках параллельных вселенных Нил Шубин. Внутренняя рыба. История человеческого тела с древнейших вр… Джон Дербишир . Простая одержимость. Бернхард Риман и величайшая нерешенная проблема в математике Шон Кэрролл. Приспособиться и выжить! ДНК как летопись эволюции Нил Шубин. Вселенная внутри нас. Что общего у камней, планет и людей Манжит Кумар. Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности Марк Чангизи. Революция в зрении Мэтт Ридли. Геном Норман Дойдж. Пластичность мозга Митио Каку. Будущее разума Н. П. Бехтерева. Магия мозга и лабиринты жизни Ричард Докинз. Эгоистичный ген Стивен Хокинг. Краткая история времени. От Большого Взрыва до черных дыр Карл Саган. Мир, полный демонов. Наука — как свеча во тьме Во что мы верим, но не можем доказать. Интеллектуалы XXI века о современной науке Ричард Ф. Фейнман. Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Стивен Хокинг, Роджер Пенроуз. Природа пространства и времени Фритьоф Капра. Дао физики. Исследование параллелей между современной физикой и мистицизмом Востока 26.Мэри Роуч. Кадавр. Как тело после смерти служит науке Шинтан Яу, Стив Надис. Теория струн и скрытые измерения Вселенной Карл Циммер. Эволюция. Триумф идеи Оливер Сакс. Антрополог на Марсе Ася Казанцева. Кто бы мог подумать! Как мозг заставляет нас делать глупости Леонард Млодинов. (Нео)сознанное. Как бессознательный ум управляет нашим поведением 32.Альберт Эйнштейн. Мир, каким я его вижу 33.Филип Болл. Критическая масса. Как одни явления порождают другие Билл Брайсон. Краткая история почти всего на свете Джаред Даймонд. Ружья, микробы и сталь. Судьбы человеческих обществ Ирина Левонтина. Русский со словарем Джек Келли. Порох. От алхимии до артиллерии. История вещества, которое изменило мир Маша Гессен. Совершенная строгость. Григорий Перельман: гений и задача тысячелетия Дэвид Дойч. Структура реальности. Наука параллельных вселенных Стивен Строгац. Удовольствие от x. Увлекательная экскурсия в мир математики от одного из лучших преподавателей в мире Томас Кун. Структура научных революций Джим Бэгготт. Бозон Хиггса. От научной идеи до «частицы Бога» Пол Хэлперн. Коллайдер Ричард Докинз. Капеллан дьявола. Размышления о надежде, лжи, науке и любви Лиза Рэндалл. Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной Митио Каку. Гиперпространство. Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение Стивен Хокинг. Моя краткая история Яков Перельман. Занимательная алгебра. Занимательная геометрия Стивен Хокинг, Р. Пенроуз, А. Шимони, Н. Картрайт. Большое, малое и человеческий разум Джордж Джонсон. Десять самых красивых экспериментов в истории науки