スティーブンホーキングの最大の成果が、物理学の対立する世界をどのように結びつけたか
ホーキング放射は、量子力学と相対性理論を統合する上で大きな一歩でした
スティーブンホーキングの最大の成果は、彼の物理学の仕事と一般市民への働きかけの両方を通じて輝いており、かつては相容れないように見えたものの間のギャップを埋めました。彼がブラックホールが実際に物質を放射したことを示していたとしても、大衆文化が宇宙の謎を受け入れることができることを示していたとしても、彼は一見不可能なものをつなぐ方法を持っていました。
ホーキング以前は、ブラックホールは宇宙で最も神秘的なゴミ収集家と見なされていました。かつては、これらの物体の1つの巨大な引力から逃れることはできないと信じられていました。密度が非常に高いため、光を引き込むことさえあります。しかし、ホーキングは、実際、何かがブラックホールから逃れることを発見しました。それは放射線です。彼の仕事のおかげで、ブラックホールは完全に黒ではないことがわかりました。 （実際には、放射する少量のエネルギーからかすかに光ります。）この現象がどのように機能するかを説明するためにホーキングが考案した方程式は、彼にちなんで名付けられた、ホーキング放射という彼の最も注目すべき成果になりました。彼はブラックホールには温度があるという考えを思いついた、とハーバード・スミソニアン天体物理学センターの天体物理学者であるジョナサン・マクダウェルは語る危機に瀕している。
彼はブラックホールには温度があるという考えを思いついた。
彼の研究はブラックホールの根本的な真実であると考えられていたものを覆しましたが、ホーキング放射は実際にいくらかの和解をしました。彼の仕事は、理論物理学における2つの相反する概念、量子力学と相対性理論を結びつけました。これらは現在、物理学が支えられている2つの柱ですが、実際には互いにまったく互換性がありません。かつてホーキングの学生だったUCバークレーの理論物理学者であるラファエルブーソは言います。ザ・ヴァージ。
量子力学とは、宇宙が最小レベルでどのように機能するか、つまり電子や陽電子などの小さな粒子がどのように移動して接続するかということです。たとえば、原子がどのようにくっついているのかを知りたい場合は、量子力学が役に立ちます。スケールの反対側には一般相対性理論があり、重力がどのように機能するかを説明しています。惑星、星、銀河などの宇宙の大きな物体が実際にそれらの周りの空間と時間を曲げるという考えです。そして、それはこれらのオブジェクトが空間で互いにどのように相互作用するかを決定します。
ホーキングは、非常に大きな物体（重力の大きい物体）の周りで何が起こっているかを非常に小さなスケールで調べました。
2つの理論はどちらも強力であり、多くの科学と観察に裏打ちされています。しかし、彼らは対立しているように見え、人々がどんなに一生懸命努力しても、決して真に適合することはありません。そして、それは物理学者にとって問題です。なぜなら、彼らはすべて単純さに関するものだからです。私たちは、より少ない基本的な成分でより多くの現象を説明できるようにしたいと考えています、とブッソは言います。
しかし、ホーキングは大小をまとめる方法を見つけました。彼は、非常に大きな物体（重力の大きい物体）の周りで何が起こっているのかを非常に小さなスケールで調べました。具体的には、彼は、事象の地平線として知られるブラックホールの端で粒子がどのように相互作用しているかを分析しました。この境界は、多くの場合、ノーリターンのポイントと呼ばれます。この線を越えると、光速よりも速く移動する方法を見つけない限り、何があってもブラックホールに入ります。 （ネタバレ：できません。）
ここが私たちが小さくなるところです：量子力学によれば、空間の真空はそうではありません本当に空の。代わりに、仮想粒子は常に真空の中で飛び出したり消えたりしています。これらの粒子は、反対のペアとして絡み合ってポップアップします。1つの粒子は正のエネルギーを持ち、もう1つの粒子は負の陰と陽を持ちます。一方に起こったことは他方に影響を及ぼします。通常、ペアはすぐに一緒になり、互いに打ち消し合います。しかし、それらが事象の地平線上に形成された場合、それは起こりません。物事は奇妙になり始めます。
事象の地平線にまたがる粒子ペアは、ばらばらになります。ブラックホールは負のエネルギーで1つの粒子を吸い込み、正の粒子はブラックホールから飛び出します。その逃げる粒子はホーキング放射になり、逃げることによって加熱されます。運命の粒子はブラックホールの一部になります。しかし、それは負のエネルギーを持っているので、それは実際にはブラックホールをわずかに小さくします。
他のすべての星が消滅したずっと後、ブラックホールは輝き、最終的には爆発します。ブラックホールをそのままにしておくと、このプロセスは何十億年も続くでしょう。最終的に、ブラックホールは無駄になります—そして、ブラックホールは奇妙なので、爆発します。爆発の大きさはどれくらいですか？天文学的な基準ではかなり小さいですが、ホーキングは書いた。しかし、それでもかなり大きいです。約100万個の1メガトンの水素爆弾のサイズです。
もちろん、多くのブラックホールは通常、絶えずそれらに落ちている物質に囲まれています。しかし、ホーキングは、ブラックホールが適切な条件で時間の経過とともに消えることが理論的に可能であることを示しました。ブラックホールは永遠に続くことはありません、とマクダウェルは言います。他のすべての星が消滅したずっと後、ブラックホールは輝き、最終的には爆発します。
このアイデアは1974年に公開されたときに物理学を覆しました。しかし、それは巨大なパズルも解決しました。ブラックホールから逃れるものがなければ、それは彼らが宇宙の浄化作業員であり、二度と戻ってこない物質を食べることを意味します。しかし、それは他の物理学では意味がありませんでした。エントロピーとして知られるシステムのランダム性とカオスは時間の経過とともに減少することはできないという熱力学の法則があります。私たちの散らかった宇宙できませんきれいになります。では、どうしてブラックホールがゴミを掃除機で掃除していたのでしょうか？ホーキングの発見は、ブラックホールが熱力学の法則に違反していないことを示しました。放射を放出することで、ブラックホールは物事を混乱させています。 [彼]は熱力学でこのパズルに対処しようとしていませんでした。メリーランド大学の理論物理学者であるテッド・ジェイコブソンは、まさにそれがまさに必要とされたものであることが判明したと言います。
ただし、ホーキング放射はすべてを完全に解決するわけではありませんでした。 （何をしますか？）それは量子力学と重力を橋渡しする重要な最初のステップを提供しました。大小の物理学については、まだ調整されていないことがまだたくさんあります。ホーキング放射は、アイデアが連携できる1つの方法にすぎませんでした。
素晴らしいミックステープvol1
ホーキング放射もいくつかの大きな問題を引き起こしました。量子物理学では、粒子のレシピ（粒子の向き、質量、スピン、およびその他の特性）は情報と呼ばれます。その情報は固執します。たとえば、紙を燃やすと、その紙に何が入っていたかの情報が火、煙、灰に含まれます。必要に応じて、すべての情報が揃っているので、ペーパーを元に戻すことができます。しかし、ホーキング放射は新しい難問をもたらしました。ブラックホールが質量を失っている場合、それらのすべての情報はどこに行きますか？
彼は私たちに取り組むべき問題と彼らと一緒に行く方向を教えてくれました。ブラックホールの情報は、それが無駄になるとゆっくりと消えていきます—そしてそれは起こるはずがありません！ブラックホールが放出する放射線には、実際にはブラックホールからの情報が含まれていないため、途中ですべての詳細が消えていくようです。情報が完全に失われるべきではありませんが、この過程で、宇宙の終焉についての本に取り組んでいるノースカロライナ州立大学の理論的天体物理学者であるケイティ・マックは言いますザ・ヴァージ。これはブラックホール情報パラドックスと呼ばれ、ホーキング自身を含め、人々はそれに対する暫定的な解決策を考え出しました。しかし、それはまだ完全には解決されていません。
それでも、ホーキングがしたことは、彼の人生に基づいた最近の映画のタイトルが付けられているように、物理学の統一理論、つまり万物の理論に向けて大きな一歩を踏み出すことでした。まだ完全にその点に到達しているわけではありませんが、ホーキングは橋の建設を開始しました。そして彼は死ぬまでその橋で働き続けました。彼は私たちに取り組むべき問題とそれらに取り組む方向を教えてくれました...私たちがそれらの問題を解決すれば、どの基本法則が本当に現実を支配しているかをよりよく理解できるでしょう、とマックは言います。
ホーキングの接続のコツは、物理学だけにとどまりません。ブラックホールは抽象的なように見えますが、彼はそれらをすべての人に届ける方法を見つけました。彼は人々を作りました興奮しているそこに何があるかについて。彼はメディアに精通していて、シンプソンズ、スタートレック、 もっと。彼はまた彼の仕事について人気のある本を書いた。それで、彼が大小をつなぐのと同じように、彼はまた人々を宇宙論の折り畳みに連れて行き、新しい世代の科学者に宇宙の奇妙さについてもっと学び続けるように促しました。
