• Saturday July 20,2019

Hey Kim, PhD Thesis Stephen Hawking Juga 'Memecahkan Internet'

Anonim

Tesis PhD mungkin saintis hidup yang paling terkenal di dunia, Profesor Stephen Hawking, baru-baru ini diumumkan secara terbuka dalam talian. Ia telah terbukti begitu popular bahawa permintaan untuk membacanya dilaporkan jatuh laman web tuan rumah apabila ia dimuat naik pada mulanya.

Tetapi memandangkan kerumitan topik - "Sifat-sifat Memperluas Alam Semesta" - dan hakikat bahawa buku Hawking 's A Brief History of Time juga dikenali sebagai buku yang paling tidak dibaca sepanjang masa, anda mungkin mendapat manfaat daripada ringkasan utamanya hasilnya.

Tesis ini merangkumi beberapa topik, termasuk radiasi graviti yang baru-baru ini ditemui, tetapi bab terakhir adalah bahagian yang banyak ahli fizik menganggap yang paling penting. Ia berkaitan dengan kelahiran alam semesta itu sendiri, dan hanya berjudul "Singularitas".

Teori penciptaan

Pencapaian utama tesis Hawking adalah dengan berkesan menunjukkan bahawa teori Big Bang mengenai bagaimana alam semesta bermula dari satu titik mungkin secara fizikal. Ia bukan hanya gangguan matematik yang muncul daripada persamaan fizik yang telah dibangunkan untuk menggambarkan evolusi kosmos yang mungkin.

Konsep bahawa alam semesta bermula pada masa yang lampau di Big Bang kini menjadi fakta saintifik yang diterima, namun ia tetap menjadi idea yang mengagumkan. Bayangkan: semua perkara di dalam badan anda sekali - dalam satu bentuk atau yang lain - dimampatkan ke dalam jumlah kecil yang sama seperti galaksi yang paling jauh dan segala yang ada di antara. Sekitar 14 bilion tahun yang lalu, titik ini berkembang pesat untuk mewujudkan ruang dan masa. Ia terus berkembang hari ini.

Pada masa PhD Hawking pada tahun 1960-an, saintis masih membantah idea itu. Alternatif yang popular kepada Big Bang adalah model Negeri Steady. Penyokong model Negeri Steady tidak selesa dengan alam semesta berabad lamanya yang bermula dengan cara ini. Sebenarnya, "Big Bang" yang dicipta sebagai istilah derisif oleh juara Negeri Steady Fred Hoyle. Untuk memahami bagaimana Hawking menunjukkan ia benar-benar mungkin, kita memerlukan beberapa fizik latar belakang.

Masa tempat dan Singulariti

Pada awal abad ke-20, Albert Einstein merevolusikan pemahaman kita tentang graviti melalui teori umum relativiti. Einstein menunjukkan bahawa kita boleh memikirkan graviti sebagai kelengkungan masa, disebabkan oleh kehadiran massa atau tenaga.

Ruang masa adalah cara memikirkan rangka kerja alam semesta yang menggabungkan ruang tiga dimensi dan masa satu dimensi. Semua objek wujud dan semua peristiwa berlaku di suatu tempat dalam masa. Tetapi sukar bagi kebanyakan orang untuk bayangkan kerana, walaupun kita boleh bergerak dengan bebas dalam ruang tiga dimensi, kita tidak boleh mengembara di mana kita suka melalui masa. Ia agak seperti serangga yang terperangkap di permukaan kolam. Ia hanya boleh bergerak dalam dua dimensi, walaupun terdapat dimensi ruang lain untuk diterokai.

Relativiti umum menyatakan bagaimana ruang dan masa dikaitkan. Dalam teorinya, Einstein dengan elegan menggambarkan bagaimana kelengkungan ruang masa berkaitan dengan ketumpatan massa dan tenaga dalam "persamaan medan "nya.

Selepas persamaan ini diterbitkan, saintis lain menggunakannya untuk meneroka apa yang berlaku pada masa dalam keadaan fizikal yang berbeza. Dalam kes objek di mana semua perkara tertumpu ke satu titik, persamaan medan meramalkan sesuatu yang tidak biasa: kelengkungan ruang masa menjadi sangat melampau sehingga cahaya tidak dapat melepaskan diri. Hari ini kita tahu benda-benda ini sebenarnya wujud sebagai lubang hitam, dan kita telah menemui bukti untuk mereka di angkasa.
Keadaan ini di mana penyelesaian kepada persamaan menjadi tak terhingga disebut "singularities". Bab akhir thesis Hawking meneroka idea ini tentang singulariti, bukan untuk ruang masa sekitar lubang hitam, tetapi untuk seluruh alam semesta.

Dari Lubang Hitam ke Big Bang

Dalam kosmologi, prinsip utama adalah bahawa ruang mesti, secara purata, menjadi homogen dan isotropik. Dalam erti kata lain, secara besar-besaran, kandungan alam semesta mestilah didistribusikan secara sama rata dan kelihatan sama dalam setiap arah.

Penyelesaian paling mudah untuk persamaan medan Einstein yang memenuhi syarat-syarat ini disebut "metrik Robertson-Walker", yang dinamai para ahli sains yang terlibat dalam pembangunannya. Metrik hanyalah istilah yang kami gunakan untuk menerangkan selang antara dua peristiwa dalam masa.

Yang penting, penyelesaian Robertson-Walker membolehkan bahagian ruang metrik berubah dengan masa. Ini bermakna ia dapat menggambarkan alam semesta di mana ruang itu sendiri berkembang. Edwin Hubble mendapati bukti bahawa alam semesta benar-benar berkembang pada tahun 1920-an dengan menunjukkan bahawa galaksi lain bergerak dari kami.

Persamaan metrik dan medan Robertson-Walker membolehkan kita untuk menggambarkan perkembangan ini dari segi apa yang disebut kosmologi sebagai "faktor skala", menggambarkan berapa banyak ruang yang telah berkembang atau dikontrak antara titik tertentu dalam masa dan hari ini.

Sekiranya alam semesta berkembang, ia sepatutnya menjadi lebih kecil dan lebih padat pada masa lalu. Jalankan jam kembali cukup jauh dan faktor skala harus pergi ke sifar. Semua perkara dan tenaga di alam semesta mesti terkandung dalam satu titik dengan ketumpatan tak terhingga: keunikan kosmologi. Inilah asas model Big Bang, seperti lubang hitam yang terbalik.

Mengawal Negeri Berterusan

Model Negeri Steady cuba menghilangkan keistimewaan kosmologis, yang banyak dikatakan tidak masuk akal. Singulariti dilihat sebagai kelemahan ramalan relativiti umum dan tidak selari dengan undang-undang fizik yang diketahui.

Dalam model Negeri Steady, alam semesta adalah kekal dan tidak mempunyai permulaan sama sekali. Pengembangan yang jelas dapat dijelaskan dengan menambah "bidang penciptaan" atau C-bidang untuk persamaan Einstein yang berarti materi terus diciptakan di ruang antara galaksi ketika mereka bergerak terpisah.

Tetapi dalam bab akhir tesis PhDnya, Hawking berhujah bahawa idea bidang C datang dengan masalah sendiri dan model yang tepat melibatkan penyelesaian Robertson-Walker yang menerangkan keunikan awal.

Apa yang dilakukannya seterusnya adalah apa yang dipertimbangkan ramai. Membina kerja ahli fizik British Roger Penrose, Hawking secara matematik membuktikan bahawa singulariti bukanlah kekurangan teori tetapi ciri-ciri alam yang dijangka. Dia secara berkesan menunjukkan bahawa relativiti umum dibenarkan untuk alam semesta yang bermula dengan keunikan.

Setengah abad kemudian, bukti pengamatan untuk senario penciptaan Big Bang sangat menggembirakan dan model Negeri Steady telah lama ditinggalkan. Hawking telah membuat sumbangan yang lebih besar kepada kosmologi dan fizik teori. Tesis Hawking membaca adalah wawasan ke dalam fikiran yang sangat kreatif - dan langkah pertama penemuan dalam apa yang telah menjadi perjalanan saintifik yang luar biasa.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada The Conversation. Baca artikel asal.


Artikel Yang Menarik

Pendakwa kepada Pengasas 4Chan: Tolong Terangkan Maksud  "Rickroll "

Pendakwa kepada Pengasas 4Chan: Tolong Terangkan Maksud "Rickroll "

Apabila seorang lelaki Tennessee menggodam akaun e-mel Sarah Palin dan menulis tentang eksploitasinya di forum 4chan, penyiasat persekutuan meminta pengasas laman web Christopher "Moot" Poole untuk log server. Kesaksian Mahkamah dari April dan diterbitkan semalam menunjukkan bahawa pendakwa raya persekutuan mempunyai pertanyaan lain yang menekan untuk Poole: sebagai contoh, arti "peeps" dan "rickroll

Jurutera burung kecil merasakan perikatan antara elang dan treeshrew

Jurutera burung kecil merasakan perikatan antara elang dan treeshrew

Di Pulau Nicobar, di Lautan Hindi, parti berburu yang paling luar biasa mencari makanan. Melalui cawangan-cawangan hutan, nicobar Nicobar kecil membelit mencari seekor serangga. Mereka diikuti oleh drongo-ekor raket, seekor burung kecil yang memetik morsel berair yang dipancarkan oleh treeshrews. Setakat ini, ini tidak lazim - banyak makanan ternakan yang jauh berbeza, sama ada kerana mereka lebih bersih makanan atau kerana mereka boleh memerhatikan pemangsa

Breaking the Link - Darwinius mendedahkan sebagai nenek moyang apa-apa

Breaking the Link - Darwinius mendedahkan sebagai nenek moyang apa-apa

Buangkan minda anda kembali ke bulan Jun, apabila binatang fosil yang dinamakan Darwinius (alternatif Ida atau "The Link") telah diumumkan kepada dunia untuk kegembiraan dan keadaan yang luar biasa. Iklan hiperbola mengisytiharkan hari penemuan Ida sebagai yang paling penting untuk 47 juta tahun

Eau de Manipulation: Nyamuk Malarial Lebih Menarik Untuk Aromatik Manusia

Eau de Manipulation: Nyamuk Malarial Lebih Menarik Untuk Aromatik Manusia

Pada masa anda menyedari apa yang telah berlaku, sudah terlambat. Nyamuk Anopheles gambiae boleh mendarat di kulit anda tanpa disedari. Walaupun anda terus tidak menyedari, dia diam-diam berjalan di atas daging terdedah anda, mencari, menyelidik permukaan kulit anda dengan proboscisnya sehingga dia mendapati saluran darah

Storm Solar Powerful Dapat Menjana Aurora Malam yang Menakjubkan

Storm Solar Powerful Dapat Menjana Aurora Malam yang Menakjubkan

Jika anda pergi ke luar malam ini dan melihat, anda dapat menyaksikan kesan-kesan yang mempesonakan daripada cuaca celestial yang sangat teruk. Pusat Prediksi Cuaca Angkasa di NOAA mengeluarkan isyarat pagi ini amaran ribut geomagnetik "Kuat" yang menyerap kawasan atas atmosfera kita. Gelombang elektron yang dihasilkan dapat mencetuskan penggera pada beberapa sistem kuasa di latitud tinggi dan membuang sistem navigasi satelit, tetapi kesan yang paling jelas harus menjadi kehadiran auroras yang megah yang menjangkau benua Amerika Syarikat