Кип Торн

Кип Стивен Торн (р. 1 јуни 1940) — американски теоретски физичар и добитник на Нобеловата награда, познат по неговите придонеси во гравитациската физика и астрофизиката. Долгогодишен пријател и колега на Стивен Хокинг и Карл Сејган, тој бил Феинменов Професор по Теоретска Физика во Калифорнискиот Институт за Технологија (Caltech) до 2009 година и е еден од водечките светски експерти за астрофизичките импликации на Ајнштајновата општа теорија на релативноста. Тој продолжува да врши научни истражувања и научни консултации, особено за филмот "Интерстелар" на Кристофер Нолан.
Во 2017 година, Торн ја добил Нобеловата награда за физика, заедно со Рајнер Вајс и Бери Бериш "за одлучувачки придонеси на ЛИГО детекторот и за набљудувањето на гравитациските бранови".
1 Живот и кариера
Торн е роден во Логан, Јута, на 1 јуни 1940 година. Неговиот татко бил хемичар, а неговата мајка Алисон (née Comish) Торн, била економист и прва жена која добила докторат (Ph.D.) од подрачјето, од Државниот Колеџ во Ајова. Пораснати во академска средина, двајца од неговите четири браќа и сестри исто така станале професори. Родителите на Торн биле членови на Црквата на Исус Христос од Латер-деј Сеинтс (Мормони) и го подигнале Торн во верата на ЛДС, иако тој сега се опишува себеси како атеист.
Во врска со неговите ставови за науката и религијата, Торн изјавил: "Има голем број на мои најдобри колеги кои се многу побожни и веруваат во Бога [...] Не постои фундаментална некомпатибилност помеѓу науката и религијата. Јас не верувам во Бога".
Торн брзо се истакнал кај академиците, рано во животот, освојувајќи го признанието во Вестингхаус Потрагата по Научни Таленти, како сениор во Логан Хај Скул и станувајќи еден од најмладите редовни професори во историјата на Калифорнискиот институт за Технологија на 30-годишна возраст. Ја добил својата Б.С. диплома од Калтех во 1962 година, а степенот доктор на науки (Ph.D.) на Универзитетот Принстон во 1965 година. Тој ја напишал својата докторска дисертација, Геометродинамика на Цилиндричните Системи, под надзор на релативистот Џон Вилер. Торн се вратил во Калтех, како вонреден професор, во 1967 година и станал професор по теоретска физика во 1970 година, Вилијам Р. Кинен, Јр. Професор во 1981 година и Феинмен Професор по Теориска Физика во 1991 година. Бил хонорарен професор на Универзитетот во Јута од 1971 до 1998 година и Андрју Д. Вајт Слободен Професор на Универзитетот Корнел од 1986 до 1992 година. Во Јуни 2009 година, тој поднел оставка на местото Феинмен Професор (сега е Феинмен Професор за Теоретска Физика, пензиониран почесен професор) за да ја продолжи кариера во пишување и снимање на филмови. Негов прв филмски проект бил Интерстелар, на кој работел со Кристофер Нолан и Џонатан Нолан.
Во текот на годините, Торн работел како ментор и советник за дисертации за многу водечки теоретичари кои сега работат на опсервациските, експерименталните или астрофизичките аспекти на општата релативност. Околу 50 физичари имаат добиено докторат (Ph.D.) во Калтех, под лично менторство на Торн.
Торн е познат по својата способност да ја пренесе возбудата и значењето на откритијата во гравитацијата и астрофизиката, како за професионалната така и за општата публика. Во 1999 година, Торн направил неколку шпекулации за тоа што во 21-от век ќе најде, како одговори на следниве прашања:
* Дали има "темна страна на универзумот" населена со предмети како црни дупки?
* Можеме ли да го набљудуваме раѓањето на универзумот и неговата темна страна, користејќи зрачење создадени од простор-време изобличувањето или таканаречени "гравитациски бранови"?
* Дали технологијата од 21 век ќе го открие квантното однесување во кралството на објекти со човечка големина?
Неговите презентации за теми како што се црните дупки, гравитациското зрачење, релативноста, патувањето низ времето и црвоточините (хипотетичка врска помеѓу многу одделени региони на просторот-времето) биле вклучени во ПБС емисиите во САД како и на БиБиСи во Обединетото Кралство.
Торн и Линда Џин Питерсон склучиле брак во 1960 година. Нивни деца се Карес Ана и Брет Картер, архитект. Торн и Питерсон се развеле во 1977 година. Торн и неговата втора сопруга, Кероли Џоис Винстајн, професорка по биокинезиологија и физикална терапија на УСЦ, склучиле брак во 1984 година.
2 Истражување
Истражувањето на Торн првенствено било фокусирано на релативистичката астрофизика и гравитациската физика, со акцент на релативистичките ѕвезди, црни дупки и особено гравитациските бранови. Тој е можеби најпознат за јавноста по неговата контроверзна теорија, дека црвоточините можат најверојатно да се користат за патување низ времето. Сепак, научниот придонес на Торн, кој се фокусирал на општата природа на просторот, времето и гравитацијата, се проширил низ целиот спектар на теми во општата релативност.
2.1 Гравитациски бранови и ЛИГО
Торн се занимавал со предвидување на моќта на гравитацискиот бран и нивните временски потписи, како што се забележани на Земјата. Овие "потписи" се од голема важност за LIGO (Ласерско Интерферометарска Гравитациска Бранова Опсерваторија), мулти-институционален гравитациски бранов експеримент, за кој Торн бил водечки поборник - во 1984 година, тој го ко-основал проектот LIGO (најголемиот проект некогаш финансиран од NSF), за да ги разликува и мери сите флуктуации помеѓу две или повеќе "статични" точки; таквите флуктуации би требало да бидат знак за гравитациските бранови, како што опишувале пресметките. Значаен аспект од неговото истражување е развивањето на математиката, потребна за анализирање на овие објекти. Торн, исто така, спроведувал инженерски конструктивни анализи на одликите на LIGO, кои не можеле да бидат развиени врз основа на експериментот и давал совети за алгоритмите за анализа на податоците, со кои брановите ќе бидат барани. Тој имал обезбедено теоретска поддршка за LIGO, вклучувајќи ја идентификацијата на изворите на гравитациските бранови на кои LIGO требал да цели, конструирајќи жлебови за контрола на распрсканата светлина во цевките за зрак на LIGO, и - во соработка со истражувачката група на Владимир Брагински (Москва, Русија) - измислување на квантна неразурнувачка конструкција за напредни детектори на гравитациски бранови и начини за намалување на најсериозниот вид на бучава кај напредните детектори: термоеластичната бучава. Со Карлтон М. Кејвс, Торн измислил пристап за позадинска акција за избегнување на квантните неразурнувачки мерења на хармониските осцилатори - техника применлива како за откривањето на гравитациските бранови така и за квантната оптика.
На 11 февруари 2016 година, тим од четворица физичари, кои ја претставувале научната соработка во LIGO, објавиле дека во септември 2015 година LIGO го снимил потписот на две црни дупки, кои се судриле 1,3 милијарди светлосни години далеку. Оваа снимена детекција била првото директно набљудување на треперењето на гравитацискиот бран и го потврдила важното предвидување на Ајнштајновата општа теорија на релативноста.
2.2 Космологија на црната дупка
Додека студирал за доктор (Ph.D.) на Универзитетот Принстон, неговиот ментор Џон Вилер му дал задача за да размислува: да открие дали цилиндричниот сноп од одбивни линии на магнетното поле ќе имплодира под сопствената привлечна гравитациска сила, или не. По неколку месеци борење со проблемот, тој докажал дека е невозможно цилиндричните линии на магнетно поле да имплодираат.
Зошто цилиндричниот сноп од линии на магнетното поле не имплодира, додека сферичните ѕвезди ќе имплодираат под сопствената гравитациска сила? Торн се обидел да го истражи теоретскиот гребен меѓу овие два феномена. На крајот открил дека гравитациската сила може да го надмине целиот внатрешен притисок, само кога објектот е компресиран во сите правци.
За да ја изрази оваа ситуација, Торн ја предложил неговата претпоставка за обрачот, кој го опишува имплодирачката ѕвезда кога влегува во црната дупка, кога критичниот обем на конструираниот обрач може да биде ставен околу него и може да ротира. Така што, секој објект со маса М околу кој може обрач со обем 4πGM/c<sup>2</sup> да ротира, мора да биде црна дупка.
Како инструмент кој ќе биде користен во двата проекта, астрофизиката и теоретската физика, Торн и неговите студенти развиле необичен пристап, наречен "мембранска парадигма", во теоријата за црни дупки и го искористиле за да го разјаснат механизмот "Блендфорд-Знајек", со кој црните дупки можат да напојуваат некои квазари и активни галактички јадра.
Торн го истражувал квантното статистичкои механичко потекло на ентропијата на црната дупка. Со своето подокторско истражување Војќех Зурек, тој покажал дека ентропијата на црната дупка е логаритам од бројот на начини на кои дупката може да биде направена.
Со Игор Новиков и Дон Пејџ тој ја развил општата релативистичка теорија на тенки акумулирани дискови околу црните дупки, а користејќи ја оваа теорија тој заклучил дека со удвојување на нејзината маса со таква акумулација, црна дупка ќе се врти до 0,998 од максимално вртење дозволено со општата релативност, но не и подалеку. Ова е веројатно максималното дозволено вртење на црните дупки во природата.
2.3 Црвоточини и патување низ времето
Торн и неговите соработници од Калтех спровеле научни истражувања, за тоа дали законите на физиката дозволуваат просторот и времето да бидат мултиплицирано поврзани (можат ли да постојат класични, преодни црвоточини и "временски машини"?). Со Сунг-Вон Ким, Торн го идентификувал универзалниот физички механизам (експлозивен раст во вакуумска поларизација на квантните полиња), кој може секогаш да го спречи вселенското време да развие затворени временски криви (т.е. спречува патување назад).
Со Мајк Морис и Улви Јуртсевер тој покажал дека Лоренцијановите црвоточини можат да постојат во структурата на просторвремето, само ако се наведувани од квантните полиња во квантни состојби кои ја нарушуваат просечната нулта енергетска состојба (т.е. имаат негативна ренормализирана енергија, разширена низ доволно голема област). Ова активирало истражување, за да се истражи способноста на квантните полиња да поседуваат таква проширена негативна енергија. Неодамнешните пресметки на Торн укажувале на тоа дека едноставните маси кои поминуваат низ преодните црвоточини никогаш не би можеле да генерираат парадокси - нема почетна состојба што води до парадокс, штом еднаш се воведе патување низ времето. Ако неговите резултати можат да бидат генерализирани, тие би сугерирале дека ниту еден од претпоставените парадокси, формулирани во приказните за патување низ времето, всушност, не може да се формулира на прецизно физичко ниво: а тоа е, дека секоја ситуација во приказната за патување низ времето, излегува дека дозволува многу конзистенти решенија.
2.4 Релативистички ѕвезди, мултиполови моменти и други напори
Со Ана Житков, Торн предвидел постоење на црвени суперџиновски ѕвезди со јадра на неутронска ѕвезда (објекти Торн-Житков). Тој ги поставил темелите за теоријата на пулсирања на релативистичките ѕвезди и гравитациското зрачење што тие го емитираат. Со Џејмс Хертл, Торн ги добил од општата релативност, законите на движењето и прецесијата (прецесија е промена во ориентацијата на ротациските оски на вртечкото тело) на црните дупки и другите релативистички тела, вклучувајќи го и влијанието од спојувањето на нивните мултиполарни моменти во кривата просторвреме на блиските објекти. Торн, исто така, теоретски го предвидел постоењето на универзална антигравитирачка "егзотична материја" - елемент потребен за забрзување на стапката на ширење на вселената, одржувајќи ја преодната црвоточина "Стар Гејтс" отворена и одржувајќи ги временските геодезични слободно пловечки"ворп драјвс" да работат. Со Клифорд Вил и други негови студенти, тој ги поставил темелите за теоретска интерпретација на експерименталните тестови на релативистичките теории за гравитација - темели на кои потоа Вил и другите граделе. Од 2005 година, Торн бил заинтересиран за потеклото на класичниот простор и време, од квантната пена на теоријата на квантната гравитација.
3 Публицикации
Торн имал напишано и корегирано книги со теми од гравитациската теорија и високоенергетската астрофизика. Во 1973 година, тој бил соавтор на учебникот Gravitation (Гравитација), со Чарлс Миснер и Џон Вилер; таа според Џон Ц. Беиз и Крис Хилмен, е една од најголемите научни книги на сите времиња и инспирирала две генерации на ученици. Во 1994 година тој ја објавил Black Holes and Time Warps (Црни Дупки и Тајм Ворпс (Тајм Ворп е имагинарна просторна изобличеност, која дозволува времето да патува во фикцијата, или хипотетичка форма на временското изобличување или собирање)): "Ајнштајновото навредливо наследство", книга за не-научници, за која добил бројни награди. Оваа книга била објавена на шест јазици, а изданијата на кинески, италијански, чешки и полски се во постапка на печатење. Во 2014 година, Торн ја објавил "The Science of Interstellar" (Науката во Интерстелар), во која ја објаснува науката зад филмот "Интерстелар" на Кристофер Нолан; Нолан го напишал предговорот на книгата. Во Септември 2017 година, Торн и Роџер Д. Блендфорд ја објавиле Modern Classical Physics: Optics, Fluids, Plasmas, Elasticity, Relativity, and Statistical Physics (Современа класична физика: Оптика, Флуиди, Плазми, Еластичност, Релативност и Статистичка Физика), учебник на ниво на диплома, кој ги опфаќа шесте главни области на физиката, наведени во насловот.
Статиите на Торн се појавиле во публикации како што се:
* Научен Американец,
* Годишникот за наука и технологија на МекГроу-Хил, и
* Енциклопедијата на Колиер, помеѓу другите.
Торн објавил повеќе од 150 статии во научни списанија.
4 Награди и признанија
Торн бил избран во:
* Американската Академија на Науките и Уметностите (1972)
* Националната Академија на Науките,
* Руската Академија на Науките, и
* Американското Филозофско Друштво.
Тој бил познат по бројните награди, вклучувајќи ги:
* Награда за пишување Наука во Физиката и Астрономијата на Американскиот институт за физика,
* Награда за пишување Наука на Фи Бета Капа,
* Наградата Лилиенфелд на Американското Физичко општество,
* Карл Шварцшилд медал на Германското Астрономско друштво (1996),
* Робинсонова награда за Космологија од Универзитетот во Њукасл, Англија,
* Сигма Кси: Награда за Заедничко богатство за Наука и Пронајдоци на Научно Истражувачкото Друштво, и
* Награда за Научник на годината на Калифорнискиот Научен Центар (2003).
* Медалот на Алберт Ајнштајн во 2009 година, од Друштвото Алберт Ајнштајн, Берн, Швајцарија,
* Медалот Нилс Бор на УНЕСКО, од УНЕСКО (2010),
* Специјалната награда за Развој во Фундаменталната физика (2016),
* Груберова награда за Космологија (2016),
* Наградата Шо (2016) (заедно со Роналд Древер и Рајнер Вајс),
* Наградата Кавли во Астрофизиката (2016) (заедно со Роналд Древер и Рајнер Вајс).
* Награда Томала (2016) за извонредни придонеси во општата релативност и гравитацијата,
* Наградата Жорж Лематре (2016),
* Наградата Харви (2016) (заедно со Роналд Древер и Рајнер Вајс),
* Наградата Принцезата на Астурија (2017) (заеднички со Рајнер Вајс и Бери Бериш).
* Нобеловата награда за Физика (2017) (заеднички со Рајнер Вајс и Бери Бериш).
Тој бил колега на Вудроу Вилсон, на Денфорт, на Гугенхајм и на Фулбрајт. Тој, исто така, добил почесен степен доктор на хумани писма од Универзитетот Клермонт Гредјуеит.
Тој бил избран за претседател на Лоренц за 2009 година на Универзитетот Лајден, Холандија.
Торн служел во:
Меѓународниот комитет за Општа Релативност и Гравитација,
* Комитетот за соработка на САД-СССР во Физиката, и
* Во Одборот за Вселенска наука на Националната Академија на Науки, која ја советувала НАСА и Конгресот, за политика на вселенската наука.
Кип Торн бил избран од магазинот Тајм на годишната список на 100 највлијателни луѓе во Американскиот свет во 2016 година.
5 Адаптација во медиумите
* Торн му дал идеи на Карл Саган, за патување до црвоточината, за во неговиот роман Контакт.
* Торн и неговата пријателка, продуцентката Линда Обст, исто така, го развиле концептот за филмот "Интерстелар" на Кристофер Нолан. Тој, исто така, ја напишал врзаната книга "Науката во Интерстерлар".
* Во романот на Лари Нивен, Rainbow Mars, технологијата за патување низ времето, користена во романот, е заснована на теориите за црвоточини на Торн, каде во контекст на романот патувањето низ времето конечно станало возможно, а не само фантазија. Како резултат на тоа, секој обид за патување низ времето, пред развојот на теоријата за црвоточини на Торн, резултирал со тоа што патникот кој патувал низ времето влегол во фантастична верзија на реалноста, а не во вистинското минато.
* Во филмот The Theory of Everything (Теорија на сè), Торн бил портретиран од глумецот Енцо Чиленти.