Стивен Хокинг - человек-легенда, астрофизик и космолог, известный своими работами в области черных дыр и книгами-бестселлерами вроде «Краткой истории времени». Также печально известен его боковой амиотрофический склероз, который был диагностирован еще в молодости Хокинга. Вследствие своего недуга Хокинг оказался прикован к инвалидному креслу, которое, вопреки всему, не сломило, а только воодушевило и снабдило концентрацией физика-космолога. Сегодня Хокинг продолжает читать лекции, писать книги, общаться с поклонниками и делать важные предупреждения наивному человечеству: о встрече с инопланетянами, об искусственном интеллекте, о переселении цивилизаций на другую планету и прочее.

Последняя работа Стивена Хокинга, в которой рассматриваются такие проблемы, как существование Бога или возможность путешествия во времени, была представлена в понедельник его детьми, которые постарались закончить книгу после смерти британского гиганта астрофизики. Хокинга всегда спрашивали об одних и тех же вещах, поэтому он начал работу над «Короткими ответами на большие вопросы» в прошлом году, но не закончил ее до самой смерти в марте в возрасте 76 лет. Книгу завершила семья и академики-коллеги физика, взяв материалы из его собственного личного архива.

14 марта 2018 года умер Стивен Хокинг, выдающийся ученый - физик-теоретик, писатель, космолог, лауреат ряда престижнейших премий в области физики и математики. Однако Хокинг знаменит не только в физике, но и в медицине. Он - один из двух человек, проживших десятилетия после постановки диагноза «боковой амиотрофический склероз» (БАС).

Кто двигает мышцами?

Если говорить упрощенно, наша нервная система имеет два больших «подраздела» - чувствительный и двигательный. Вся жизнь человека (а также собаки, коровы, змеи и вообще любого существа с более-менее сложной нервной системой) устроена по принципу «воспринял нечто - отреагировал как-то». Воспринимает чувствительная часть (температуру, запах, звук, цвет, вкус, прикосновение), а реагирует двигательная (схватить, оттолкнуть, убежать и спрятаться, остаться и понаблюдать, проглотить, вдохнуть и т. д.).

На стыке чувствительной и двигательной частей находится «командный пункт» - кора головного мозга. В ней анализируются полученные чувственные сигналы и принимается решение о том, какое движение должно стать ответом на тот или иной стимул. При этом для анализа полученного ощущения и для отдачи команды совершить движения используются разные зоны мозга. Те части коры, которые командуют мышцами, называются верхними мотонейронами (т. е. моторными).

Генералы и солдаты

Но если вы думаете, что команда, отданная корковыми мотонейронами, сразу же напрягает мышцу, вы ошибаетесь. Генералы сами пушки не катают, для этого рядовые есть. В случае двигательной нервной системы это - так называемые нижние мотонейроны двух видов. Первые (составная часть черепных нервов) управляют всеми мышцами головы: мимическими, жевательными, глотательными и др. Вторые расположены в передней части спинного мозга и управляют всей мускулатурой тела: руками, ногами, мышцами туловища.

Существует и еще одно, очень важное, подразделение - цепочка управления непроизвольными движениями. Для неосознанных движений - дыхания, сглатывания слюны во сне, сужения или расширения сосудов - тоже есть свои мотонейроны-«генералы» в мозге и мотонейроны-«солдаты» в нервных сплетениях более низкого уровня.

…А также болезнь Шарко, болезнь Лу Герига - это всё имена одного и того же недуга. БАС поражает моторные нейроны, причем все. Верхние - как расположенные в коре головного мозга (отдающие команды на произвольное движение), так и те, что находятся в его самой древней, самой защищенной части (управляющие дыханием и другими автоматизмами). Нижние - спинномозговые - страдают тоже.

По какой причине двигательные нейроны внезапно начинают погибать, толком пока неизвестно. Старейшей теорией является глутаматергическая, согласно которой у больных БАС обмен веществ изменяется таким образом, что мотонейроны почти постоянно возбуждаются медиатором - глутаминовой кислотой, «перенапрягаются» и умирают. Мышцы, которые с ними связаны, сперва перестают двигаться, а потом атрофируются и тоже погибают.

Различают несколько вариантов БАС - в зависимости от того, с каких именно мотонейронов начнется болезнь и как быстро она распространится на все остальные. При пояснично-крестцовой форме раньше всего появляются слабость, дрожание мышц, судороги и параличи в ногах, и только затем процесс распространяется на верхние конечности, туловище, голову и дыхательную мускулатуру. При шейно-грудном варианте первыми страдают руки и плечевой пояс, а затем болезнь распространяется вниз и вверх. Бульбарная форма характерна самой низкой продолжительностью жизни, поскольку при ней болезнь начинается с поражения дыхания и глотания, тогда как в других случаях дыхательная мускулатура отказывает не сразу.

Выигрыш проигравшего

Впрочем, та самая «бóльшая продолжительность жизни» при пояснично-крестцовой и шейно-грудной формах составляет всего 3–5 лет. Однако Стивен Хокинг, диагностированный в начале 1960-х годов, дожил до 2018 года. А второй «счастливчик» - музыкант Джейсон Беккер, - который узнал своей болезни в 1989 году, живет до сих пор и пишет музыку.

О причинах такого специфического выигрыша в этой недобровольной лотерее пока ничего невозможно сказать. Не существует и специфического лечения: единственный препарат, который доказанно замедляет прогрессирование БАС, продлевает жизнь… всего на 1 месяц. Однако исследования продолжаются, и как знать - возможно, скоро уже будет известно, обязательно ли быть гениальным физиком или музыкантом, чтобы БАС замедлил свое развитие.

Лидия Куликова

Фото istockphoto.com

Профессор Хокинг является обладателем двенадцати почетных ученых званий. Хокинг награжден большим количеством различных премий, медалей и призов. Он также является членом Королевского Научного Общества и Национальной Академии Наук США.

Стивену Хокингу удается сочетать семейную жизнь (у него трое детей и один внук) со своими исследованиями в теоретической физике и многочисленными поездками и публичными лекциями.

Это совершенно обычная биография хорошего физика, если не знать, что в двадцать с небольшим лет, во время работы над диссертацией Хокинг был практически полностью парализован из-за развития неизлечимой формы атрофирующего склероза и остается в этом состоянии всю свою жизнь.

Сейчас ему не повинуются практически все мышцы тела. Тем не менее, он продолжает ездить по миру, читать лекции, писать книги и вести активную научную деятельность, будоража ученый мир своими теориями о происхождении и развитии Вселенной. И, как видите, даже мечтает совершить полет в невесомости.

Этот плененный дух соединяется с окружающим миром с помощью электронных устройств: встроенного в инвалидное кресло компьютера, специально изготовленного IBM, и синтезатора звука. Общается Хокинг таким образом: по экрану компьютера непрерывно ползут колонки букв (слов и целых выражений), по которым движется курсор. Ученый может останавливать его на нужном месте, и выбранный символ поступает в память компьютера для составления письменного текста. С помощью синтезатора звука специальная программа переводит написанный текст в слитную речь.

Последние годы Хокинг останавливал курсор на нужном месте экрана двумя еще шевелившимися пальцами правой руки. Сейчас отказали и они. Теперь он делает это с помощью подрагиваний правой щеки - на ней укреплен маленький экранчик, на который падает луч инфракрасного датчика. Живая беседа с ученым - это череда коротких фраз, произносимых синтезатором, разделенных паузами тишины, во время которой Хокинг составляет ответ. Свои речи и доклады он пишет и наговаривает заранее. Особые программы компьютера способны также превращать подрагивания щеки в несколько простых команд: повернуть кресло, покатить его, открыть дверь… В остальном его обслуживают несколько сменных медсестер и сиделок, а также добровольцы-аспиранты.

Стивен Хокинг поступил в Оксфордский университет здоровым, шумным, насмешливым юношей и слыл у преподавателей хоть и способным, но нерадивым студентом, увлекавшимся греблей. Первые признаки коварной болезни проявились после окончания начального университетского курса, когда юноша перешел для специализации в области космологии в Кембридж. Движения стали до того неуклюжими, что он мог упасть, что называется, на ровном месте, а во время судьбоносной для него вечеринки, на которой состоялось знакомство с будущей женой Джейн, пролил вино мимо бокала.

Врачи поставили страшный диагноз: амиотрофический латеральный склероз. Ежегодно в мире от этого неизлечимого заболевания умирает 100 тысяч человек. В разных странах его называли по-разному: заболеванием моторных нейронов, болезнью Шарко, боковым амиотрофическим склерозом и болезнью Лу-Геринга - по имени умершего от нее знаменитого бейсболиста. Сущность заболевания при разных названиях одинакова - оно начинается исподволь с нарушения работы опорно-двигательного аппарата, затем постепенно наступает паралич и атрофия разных групп мышц, возникают нарушения речи, дыхания и глотания. При этом слух, зрение, память, сознание, высшие познавательные функции мозга не нарушаются. Этиология неизвестна. Врачи дали Хокингу два - два с половиной года жизни - это было в 1962 году.

Меня часто спрашивают: «Что вы думаете о своей болезни?» - писал Хокинг. - И я отвечаю: «Я не очень много о ней думаю. Стараюсь по мере возможности жить как нормальный человек, не задумываться о своем состоянии и не жалеть о том, что оно чего-то не позволяет мне делать. Когда в 21 год обнаружилось, что у меня нейромоторное заболевание, это было для меня страшным ударом. Осознав, что у меня неизлечимая болезнь, которая, видимо, через несколько лет меня убьет, я был потрясен. Как такое могло случиться именно со мной? За что мне такой конец? Я не знал, что меня ожидает и как быстро болезнь будет прогрессировать. Выйдя из больницы, я ощущал себя приговоренным к казни и вдруг понял, что я очень многим мог бы заняться, если бы исполнение приговора отложили. Не раз меня посещала мысль пожертвовать жизнью ради спасения других. В конце концов, все равно пришлось бы умереть, а так это могло бы принести кому-то пользу.

В своих исследованиях я не видел большого смысла, поскольку не предполагал дожить до получения докторской степени, однако время шло, а развитие болезни словно замедлилось. К тому же я продвинулся в своей работе. Но по-настоящему все изменила моя помолвка с девушкой по имени Джейн Уайлд, с которой я познакомился примерно в то же время, когда мне поставили диагноз. Это дало мне стимул к жизни. Раз мы собирались пожениться, я должен был получить место, а для получения места нужно было защитить диссертацию. Поэтому я впервые в жизни принялся за работу. К моему удивлению, мне это понравилось. Раньше жизнь казалась мне скучной. Но перспектива умереть рано заставила меня понять, что жизнь стоит того, чтобы жить».

Стивену повезло, что он решил работать в теоретической физике, так как это была одна из немногих областей науки, где его болезнь не являлась серьезной помехой. К тому же по мере ухудшения состояния его научная репутация росла, благодаря чему он мог занять должность, позволяющую вести исследования, не читая лекций студентам.

Кто-то сказал: «Если вы знаете, что завтра утром вас повесят, это помогает вам хорошо сосредоточиться, - заметила мать Стивена Изобель Хокинг. - И он (сын) действительно сосредоточился на своей работе так, как, я думаю, не смог бы сосредоточиться в противном случае… Нет, нет, конечно, я не могу назвать такую болезнь удачей. Но для него это было меньшей бедой, чем было бы для многих других людей.

В 1966 году Хокинг защищает диссертацию и становится доктором философии. Спустя несколько лет избирается членом Королевского общества и Лукасианским профессором математики. А как же болезнь? Она развивалась параллельно его профессиональным успехам. Если на свою свадьбу в 1965 году Стивен пришел, опираясь на палку, то в 1967 году, когда родился старший сын, ходил на костылях, а во время появления на свет дочери и младшего сына, передвигался уже в инвалидной коляске.

Я страдаю нейромоторным заболеванием практически всю мою взрослую жизнь, но это не помешало мне иметь семью и добиться успехов в работе, - пишет Стивен Хокинг. - И все это благодаря помощи, оказанной мне женой, детьми и многими другими людьми и организациями. Мне повезло, что мое состояние ухудшалось медленнее, чем в большинстве таких случаев. Это доказывает, что никогда не надо терять надежды.

Действительно, доказывает. Глядя на маленькую скорчившуюся в кресле фигурку в черном костюме, в больших очках, с уложенными на коленях неподвижными руками, трудно представить, что этот человек написал десятки фундаментальных научных статей, обозначивших величайшие достижения современной космологии и астрофизики. Его интеллект, оптимизм и чувство юмора выдают лишь блеск умных, чуть ироничных глаз да еле видное движение губ в улыбке.
Жизнь в ореховой скорлупе

Пять лет назад, незадолго до своего 60-летия Хокинг не справился с управлением новой электрической коляски - она врезалась в стену и опрокинулась. Стивен упал, ушиб голову, поломал ногу и попал в больницу, однако на веселых юбилейных торжествах в Кембридже присутствовал лично. В большом зале собралось тогда около двухсот гостей, крупнейших ученых со всего мира.

Я так рад видеть всех вас! - сказал Стивен Хокинг своим гостям.- Замечательно, что почти все, кто был приглашен, смогли приехать. Это показывает, что у теоретической физики, как и у дружбы, нет границ.

Программа юбилея была рассчитана на четыре дня и завершилась симпозиумом «Будущее теоретической физики и космология», на котором Стивен Хокинг с синяками и загипсованной ногой подвел краткие итоги своей работы. По сути, это был обзор его усилий по объединению двух фундаментальных физических теорий - релятивистской теории гравитации и квантовой механики, которые играют определяющую роль в эволюции нашей Вселенной. Свою речь он назвал 60 Years in a Nutshell, что буквально означает «60 лет в ореховой скорлупе». Как тут не вспомнить Гамлета, принца Датского, который говорил: «О Боже! Я мог бы заключить себя в ореховую скорлупу и считать себя владыкой бесконечного пространства…»

«Эйнштейн наших дней», как его иногда называют журналисты, предложил свою модель Вселенной, в которой ключевую роль играют две концепции времени. Это так называемое «реальное время», то есть психологически переживаемое время человеческого бытия, и «воображаемое время» - время, в котором протекает жизнь Вселенной. Эти времена чудесным образом сопряжены, утверждает ученый в своей книге «Краткая история времени. От Большого взрыва до черных дыр». Книга вышла в 1988 году в Англии, США и Канаде. И больше года - абсолютный рекорд для научно-популярного труда - возглавляла списки бестселлеров по обе стороны Атлантического океана. К настоящему времени она издана тиражом в несколько десятков миллионов экземпляров, в том числе есть два российских издания.

Кстати сказать, текст «Краткой истории времени» и на английском, и на русском языках можно найти в Интернете. О сложнейших явлениях и проблемах Хокинг пишет легко и прозрачно. В книге есть только одно уравнение, знаменитое эйнштейновское Е=мс2, да простые графики. Вдобавок к этому автор снабдил книгу ясным и четким словарем терминов. О чем книга? О самом главном - о жизни, о нашем месте во Вселенной, о ее рождении и смерти, о времени как физической проблеме, о соотношении пространства и времени, которые, по словам ученого, «образуют вместе некую поверхность, которая имеет конечную протяженность, но не имеет границ и краев».

Любопытно, что поначалу Хокинг был уверен, что создание полной непротиворечивой единой теории, которая приведет к «полному пониманию всего происходящего вокруг нас и нашего собственного существования», не за горами. Он говорил, что ее основные принципы станут доступны пониманию каждого человека и все смогут принять участие в интереснейшей дискуссии о том, почему так произошло, что существуем мы и существует Вселенная. Впрочем, сейчас в возможности создания единой теории Хокинг уже не уверен, о чем он и заявил в телевизионной лекции, прочитанной для слушателей Массачусетского технологического института (США), которую все желающие могли также посмотреть в Интернете.

Ученый не только читает публичные лекции, он ездит на научные конференции по всему миру и дает многочисленные интервью, подбрасывая газетчикам сенсационные заявления. Так, на последней пресс-конференции в Гонконге он сказал: «Поскольку жизни на Земле угрожает все возрастающая опасность внезапной гибели в результате глобального потепления, ядерной войны или генетически созданного вируса и тому подобных катастроф - человечество, если оно хочет сохранить себя, должно расселиться в космосе. Колонии на Луне или Марсе нас не спасут. Мы нигде не найдем таких благоприятных условий, как на Земле, пока не освоим другие звездные системы».

В последнее время одной из новых сфер интересов Хокинга стало создание экзоскелетов - механизмов, способных дублировать и усиливать работу мышц человека. Помните фильм «Чужие»? Тот эпизод, где лейтенант Рипли сражалась в механическом костюме с космическим монстром? Это и есть экзоскелет. Одно из первых подобных устройств создала команда учёных и инженеров из Японии. Закрепленный на поясе человека мини-компьютер улавливает информацию о малейшем движении мышц по электрическим импульсам на коже и затем усиливает их при помощи сервомоторов. Предполагается, что такие робокостюмы в перспективе смогут использовать и люди с ограниченными двигательными возможностями. Может быть, такого рода кибернетическое чудо позволит Хокингу обрести какую-то свободу движений?

Согласно результатам недавнего опроса, Стивен Хокинг является для английских юношей от 16 до 18 лет одним из трех самых уважаемых современников. На первом месте - чемпион мира по регби Уилкинсон, на втором - Хокинг, на третьем - футболист Бекхэм. Комментируя результаты опроса, Стивен заявил: «Многие годы меня называли вторым в списке самых умных британцев. Но звание примера для молодежи действительно делает мне честь».

«Он был великим ученым и необыкновенным человеком, чья работа и наследие будут жить в течение многих лет. Его мужество и настойчивость с блеском и юмором вдохновляли людей по всему миру. Мы будем скучать по нему», - приводит заявление детей физика Роберта, и Люси .

Жизнь и болезнь

Стивен Хокинг родился 8 января 1942 года в Оксфорде (Великобритания), куда его родители во время Второй мировой войны переехали из Лондона. Отец будущего физика был медиком, а мать - экономистом, они оба окончили Оксфордский университет. Хокинг пошел по их стопам, в 1962 году окончив обучение на физическом факультете того же вуза, после чего продолжил образование в Кембриджском университете, где в 1966-м получил докторскую степень.

В 1963 году у Хокинга диагностирован боковой амиотрофический склероз. Это хроническое заболевание центральной нервной системы в дальнейшем привело к практически полному параличу ученого. В 1985 году Хокинг после воспаления легких перенес трахеостомию, вследствие чего утратил способность говорить. Тогда же ученый начал пользоваться синтезатором речи, а с 1997 года - компьютером, управляемым при помощи датчика, закрепленного у мимической мышцы щеки.

Хокинг был женат два раза. В 1965 году ученый женился на студентке лингвистического факультета Кембриджского университета Джейн Уайлд. У супругов родилось два сына - Роберт (в 1967-м) и Тимоти (в 1979-м), а также дочь Люси (в 1970-м). После более 20 лет совместной жизни пара распалась. Второй раз Хокинг женился в 1995 году. Его супругой стала сиделка Элайн Мэйсон, с которой ученый расстался в 2006 году.

Сингулярность и энтропия

Начало карьеры Стивена Хокинга пришлось на 1960-е годы, когда был проведен третий из классических экспериментов, подтверждающий справедливость общей теории относительности (опыт Роберта Паунда и Глена Ребки, осуществленный в , продемонстрировал так называемое гравитационное красное смещение - изменение частоты света при его прохождении вблизи массивного объекта, например, звезды).

Когда окончательно стало ясно, что теория Эйнштейна верна, пришло время для изучения ее самых экзотических следствий: расширение Вселенной (после Большого взрыва) и возможность существования черных дыр - объектов, которые не могут покинуть попавшие в них тела или излучение.

Изображение: NASA / WMAP

Большой взрыв, фактически рождение наблюдаемого мира, и черные дыры связаны с гравитационными сингулярностями - особенностью пространства-времени, где уравнения общей теории относительности приводят к некорректным с физической точки зрения решениям. Именно сингулярностям посвящены первые научные труды Хокинга. В своей диссертации Хокинг применил теоремы, сформулированные его коллегой, британским математиком Роджером Пенроузом, ко всей Вселенной.

Пенроуз первым объяснил возникновение черной дыры гравитационной сингулярностью. По Пенроузу, звезда превращается в черную дыру благодаря гравитационному коллапсу, сопровождающемуся рождением ловушечной поверхности. Теорема Пенроуза считается первым крупным математически строгим результатом теории Эйнштейна, а вклад Хокинга заключался в том, что он показал: Вселенная в момент и до Большого взрыва находилась в состоянии бесконечной плотности массы.

Оставим в стороне текущие дела и погрузимся в мир науки, а конкретнее - теоретической физики. Стивен Хокинг - один из самых знаменитых и популярных учёных-физиков нашего времени, сделал немало научных открытий и предположений об устройстве мира.

1. Прошлое - это вероятность

По словам Хокинга, одно из следствий теории квантовой механики заключается в том, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определённым образом. Вместо этого они произошли всеми возможными способами. Это связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдётся сторонний наблюдатель, всё будет парить в неопределённости.

Хокинг: «Независимо от того, какие воспоминания вы храните о прошлом в настоящее время, прошлое, как и будущее, неопределённо и существует в виде спектра возможностей».

2. Существует «Теория всего»

М-теория, предложенная Эдвардом Виттеном в 1990-х годах, была осмыслена и доработана Хокингом и его коллегой Леонардом Млодиновым. М-теория является ответвлением теории струн и описывает всю Вселенную разом. Согласно ей, на самом мельчайшем уровне все частицы состоят из бран - многомерных мембран, свойства которых могут объяснить абсолютно все процессы, происходящие в нашей Вселенной. Кстати, эта теория также предполагает существование огромного числа вселенных, в которых действуют физические законы, отличные от наших.

3. Общая теория относительности имеет отношение к ошибкам навигационных систем

Общая теория относительности была сформулирована Эйнштейном в 1915-м году. В ней постулируется, что «гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого́ пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии.»

Хокинг выступил в роли популяризатора этой теории. Он утверждает, в частности, что «Если общая теория относительности не будет принята во внимание в GPS-навигационных спутниковых системах, ошибки в определении глобальных позиций будут накапливаться со скоростью около 10 км в день. Важно понимать, что, чем ближе объект к Земле, тем медленнее течёт время. Таким образом, в зависимости от того, на каком расстоянии от Земли находятся спутники, их бортовые часы будут работать с разными скоростями. Эту разницу мы могли бы компенсировать автоматически, если бы этот эффект учитывался».

4. Аквариумные рыбки угнетены

«Представьте себя рыбкой, живущей в аквариуме с выпуклыми стенками. Что вы знали бы о нашем мире, если бы всю жизнь смотрели на него в искажении от стекла и не имели возможности выбраться? Невозможно познать истинную природу реальности: мы считаем, что чётко представляем себе окружающий мир, но, говоря метафорически, мы обречены всю жизнь провести в аквариуме, так как возможности нашего тела не дают нам выбраться из него.» - рассуждает Хокинг.

Впечатлённые этой метафорой власти города Монц, Италия, несколько лет назад законодательно запретили держать рыбок в круглых аквариумах, чтобы искажение света не мешало рыбкам воспринимать мир таким, какой он есть.

5. Кварки никогда не бывают одиноки

Кварки, «строительные блоки» протонов и нейтронов, существуют только группами и никогда - по одному. Сила, которая связывает кварки, увеличивается с увеличением расстояния между ними, так что, если попытаться оттянуть один кварк от другого, то чем сильнее вы будете тянуть, тем сильнее он будет пытаться вырваться и вернуться обратно. Свободные кварки не встречаются в природе.

6. Вселенная породила сама себя

Хокинг является убеждённым атеистом. Он посвятил немало времени научным доказательствам того, что для существования жизни никакой Бог не нужен. Одно из его знаменитых высказываний звучит так: «Поскольку существует такая сила как гравитация, Вселенная могла и создала себя из ничего. Самопроизвольное создание - причина того, почему существует Вселенная, почему существуем мы. Нет никакой необходимости в Боге для того, чтобы „зажечь“ огонь и заставить Вселенную работать».

Селена Парфёнова (www.factroom.ru)