Stephen Hawking, a fizikus, aki visszatekertette az univerzumot és fölfojtotta a megnövekedett részecskéket a fekete lyukak forró határrégiói közül, ma 76-ra fordul (január 8.).
Amellett, hogy a világhírű kozmológus, Hawking popkultúra ikonjává vált. Fantasztikus alak: egy testben fodrosodik egy olyan zseni, amelyet nagyrészt az amyotrophicus lateralis sclerosis vagy ALS immobilizál. Egy fejlett kerekes szék támogatja, és egy ritka és speciális rendszeren keresztül kommunikál a világgal, amely az arca egyetlen izomjának mozgását beszédré alakítja. Ebben a módban megjelent a "Star Trek: The Next Generation", a "The Simpsons" és a "The Big Bang Theory" című filmben.
De Hawking tartós öröksége a 20. század második felének legfontosabb fizikusa lesz - egy kutató, aki az olyan korábbi figurákkal foglalkozik, mint Albert Einstein és Werner Heisenberg, és összefonta azokat, és következetes magyarázatot hozott a a kozmosz.
"Van egyediség a múltunkban"
Egy jó zseniális történet semmi máskal kezdődik, mint egy bumm, tehát helyénvaló, hogy Hawking első nagy eredménye egyben a Cambridge-i Egyetemen folytatott doktori értekezésem.
Hawking 1966-ban jóváhagyott tézise drámai érvelést fogalmazott meg: hogy az egész világegyetem egyetlen pontként kezdődött, végtelenül kicsi, sűrű és felcsavarodott - egy pont minden elején. Vagy, amint később írna, tömören: "A múltban szingularitás van."
Ez volt a nagy robbanás első leírása, ahogyan azt általában napjainkban értjük: az idő távoli végén egy végtelenül kis pont, amely behatol a modern, folyamatosan bővülő kozmoszba.
Amint Hawking a „Világegyetem eredete” című 2005-ös előadásában leírta a dolgozatát abban a pillanatban, amikor a tudósok meglátták, hogy a hatalmas üres űrtér, a galaxisok közötti szakadék egyre bővül. De nem tudták, miért. Egyes fizikusok a Big Bang koncepció gyengébb változatát javasolták, levonva a szingularitást. De egy másik elmélet, a Steady State Universe néven uralkodott.
"Ahogy a galaxisok egymástól elmozdultak - mondta Hawking az Állandó Állam-univerzumról -, az ötlet az volt, hogy az új galaxisok az anyagból alakulnak ki, amelyet állítólag az egész világűrben kellett létrehozni. A világegyetem örökké létezett volna, és ugyanolyannak látszott volna. mindig."
Más szavakkal, sok tudós úgy gondolta, hogy a világegyetem tágul, de oly módon, hogy nem volt sem kezdete, sem vége.
Amint Kitty Ferguson életrajzírója "Stephen Hawking: Egy szabad elme" című könyvében (St. Martin's Griffin, 2012) írta, Hawking a depresszióval küzdött az 1963-as ALS-diagnózis 21 éves korában történt hónapjaiban, és ha ez a mentális betegség fennmarad, talán soha nem érkezett meg a dolgozatához. De a depressziója elmúlt, amikor egyértelművé vált, hogy túllépi az elvárásait, és amikor kivételt kapott a végzős hallgatókat szabályozó Cambridge-i szabályok alól, lehetővé téve neki, hogy feleségül vigye első feleségét, Jane Wilde-t, Ferguson szerint.
Ebben az időszakban, mielőtt elérte a doktori értekezését, Hawking arról számolt be, hogy csalódottnak érezte magát, ahogy a kutatók elfoglalják magukat a végső soron triviálisnak ítélt munkával.
"Az emberek nagyon örültek, hogy bármilyen megoldást találtak a terepi egyenletekre; nem kérdezték, hogy milyen fizikai jelentőséggel bír, ha van ilyen" - mondta később a 2002. születésnapi előadásában.
Ez a csalódás hírességgel vezetett az első keféhez. Ferguson elmondása szerint Hawking 1964 júniusában utazott, hogy Fred Hoyle-tól, egy híres csillagásztól és a Steady State Universe elméletének képviselőjétől hallgasson előadást. Az előadás során Hawking annyira csalódott volt, hogy a botjára támaszkodva lábához húzta magát, hogy megtámadja Hoyle egyik eredményét.
"Egy meglepett Hoyle megkérdezte Hawkingot, hogyan tudja megítélni, hogy az eredmény helyes vagy rossz - írta Ferguson. "Hawking azt válaszolta, hogy" kidolgozta "."
A közönség lenyűgözött, és Hoyle-t „feldühítette” ez az ismeretlen végzős hallgató, aki úgy tűnt, hogy az előadás fejében szakítja a professzor kutatásait - írta Ferguson. (Valójában Hawking barátságos volt Hoyle egyik hallgatójával, és jóval az előadás előtt kezdte megtámadni ezt az elgondolást.)
Nem sokkal később, Ferguson írta, Hawking megismerkedett Roger Penrose matematikus által kidolgozott kozmológiai elmélettel: hogy a szingularitások, a végtelen sűrűség és a tér-idő görbület pontjai, amelyek az általános relativitáselméletre vonatkoznak, valószínűleg akkor jelennek meg, amikor elég nagy csillagok összeomlanak magukon.
"Hawking onnan indult - írta Ferguson -, megfordította az idő irányát, és mérlegelte, hogy mi történne, ha egy végtelen sűrűségű pont és a tér-idő végtelen görbülete - egy szingularitás - kifelé robbant és kibővülne. Tegyük fel, hogy az univerzum úgy kezdődött, mint Tegyük fel, hogy a téridő, egy apró, méret nélküli pontban szorosan összehúzódva, felrobbant az úgynevezett Nagyrobbanás alatt, és addig terjedt, amíg úgy néz ki, ahogy ma van. Lehet, hogy így történt? Kell így történt? "
Hawking dolgozni kezdett, és spekulációs vonalát megbízható támogató számításokkal támogatta. E számításokon alapuló doktori értekezését 1966-ban hagyták jóvá. Ezek a számítások, valamint a Penrose-szal az ezt követő évtizedben együttműködésben végzett nyomon követő kutatások alapját képezték a tudósoknak a Nagyrobbanás modern megértésének.
Ugyanebben az időben a steady state univerzum elméletének bizonyos kulcsfontosságú előrejelzései kísérleti teszteket kezdenek megbukni, megerősítve Hawkingnak a korai univerzum valódi története felfedezőjének státusát.
Fekete lyukú robbanások?
Ha Hawking karrierjének egyetlen eredménye az univerzum történelmi alakjának felfedezése lenne, akkor is óriás lenne - olyan ember, akit Rosalind Franklin mellett említenek, aki felfedezte a DNS kettős spirál alakját, vagy Nicolaus Copernicus, aki először javasolta a a naprendszer heliocentrikus modellje. De ez volt csak az első Hawking két meghatározó eredménye közül.
A második, a Hawking sugárzás, két dolog megértését igényli: a fekete lyukakat és az üres tér kvantummechanikáját.
Először: a fekete lyukakról: A fekete lyuk egy csillag, amely önmagában összeomlott és annyira gravitációs erősségűvé vált, hogy még a fény sem tud elmenekülni a központja körüli régióból. Ezen a ponton, amelyet eseményhorizontnak neveznek, a tér-idő annyira görbe, hogy minden, ami a burkolat mögött marad, örökre elveszik. A fekete lyuk, az 1970-es évek elején megértett álláspont szerint, soha nem bocsát ki fényt, soha nem zsugorodik, soha nem veszíti el a tömegét; csak tömeget nyer, és több helyet húz be burkolt területére.
Másodszor: a kvantummechanikáról: Hawking karrierjének idején a tudósok már régóta tudták, hogy Heisenberg bizonytalanság-pricpleple arra utal, hogy az üres hely nem valóban üres. Ehelyett a "virtuális" részecskékkel - az anyag-antianyag-párral - együtt jelennek meg, amelyek együtt jelennek meg, szétválnak, majd összeomlanak, és a méréshez túl rövid idő alatt megsemmisülnek. (A tudósok a mai napig azzal érvelnek, hogy ezek a virtuális részecskék valóban léteznek-e, vagy csak kvantum-egyenletekben fordulnak elő furcsa, valószínűségük miatt.)
1973 késő nyarán Stephen és Jane Hawking egy előadássorozaton vett részt Varsóban, Lengyelországban, a Kopernikusz 500. születésnapjának ünneplésével - írta Ferguson. Hawking ott találkozott két szovjet fizikussal, Yakov Borisovich Zel'dovich-nal és tanulójával, Aleksei Alexandrovich Starobinsky-val, akik megmutatták, hogy a fekete lyukak forgácsolása az esemény horizontján kívül részecskéket hoz létre. Ezek a részecskék elkerülnének az űrbe - mondta Zel'dovich és Starobinsky az előadásukban, miközben a fekete lyuk centrifugájának egy részét elmentették. Végül, Zel'dovich és Starobinsky szerint a fekete lyukak nem fognak forogni.
Az ötlet Hawking fejébe ragadt, írta Ferguson, és visszatért Cambridge-be, hogy megismételje és finomítsa Zel'dovich és Starobinksy számításait. De amikor elvégezte az első szúrást az eredményüknél, valami új bontakozott ki.
"Meglepetésemre és bosszantásomra azt tapasztaltam, hogy még a nem forgó fekete lyukaknak látszólag egyenletes részecskékkel kell létrehozniuk és kibocsátaniuk a részecskéket" - írta később 1988-ban az "A rövid történelem az időben" című könyvében.
Így van, miért magyarázta abban a könyvben:
Ha a fekete lyukak léteznek az űrben és meghatározzák az eseményhorizontot, és ha az űr állandóan virtuális "önmegpusztító részecskékkel párosul", akkor néha ezeknek a részecskéknek a fekete lyukak "eseményhorizontjának széleinél kell megjelenniük." Valójában néhány Ezen részecskepároknak tökéletesen elhelyezkedniük kell úgy, hogy az egyik negatív tömegű antianyag részecske elválasztva legyen az eseményhorizont egyik oldalán, a másik pozitív tömegű részecske a másik oldalon legyen elválasztva.
Ez a furcsa körülmény hatékonyan "növeli" a részecskéket virtuális fél-létezésükből a teljes valósággá, rájött Hawking, mivel annyira elváltak volna, hogy elpusztuljanak. Ez azt jelentette, hogy az energia és a tömeg részecskéi úgy tűnnek, hogy áramlanak a fekete lyukak eseményhorizontjának felületéről. És az az energiaáram, amely kifelé sugárzott attól, amit a fizikusok korábban hittek örökké sötét testeknek, Hawking sugárzásnak nevezi, miután egy 1974-es Nature című cikkben leírta: "Fekete lyukak robbanásai?"
A Hawking-sugárzás alapvetően megváltoztatta a fizikusok megértését az univerzumban. Hawking felismerése előtt a tudósok úgy gondolták, hogy a fekete lyukba elvesztett anyag vagy energia örökre a szélesebb univerzumból származik, oly módon, hogy a fekete lyukak látószékei olyan falakként szolgálnak, ahonnan túlmutatnak az univerzum egyes dolgai.
Hawking felfedezése azonban azt mutatta, hogy a fekete lyukak idővel gyorsabban és gyorsabban pusztulnak el. Minden olyan pozitív részecske esetében, amely egy eseményhorizont felületétől távozik a tágabb világegyetembe, egy negatív energiával és tömeggel rendelkező negatív részecske visszaesne az eseményhorizonton túli térbe, csökkentve az ott lezárt teljes tömeget és energiát. Idővel ez a folyamat a fekete lyukak zsugorodásához vezetne. És amint csökkentek, aktívabbá válnak a Hawking sugárzással és gyorsabban zsugorodnak.
Hawking azt jósolta, hogy az univerzumnak tartalmaznia kell „elsődleges fekete lyukakat”, amelyek nem az összeomló csillagokból, hanem a korai világegyetem extrém nyomásából származtak. Ezek a fekete lyukak - állítása szerint - jelentősen összezsugorodtak volna a közbenső milliárd éven keresztül, és kicsi eseményhorizontjuk elvonja a Hawking-sugárzás erős sugarait.
"Ilyen lyukakat alig érdemeltem meg fekete: valóban vannak fehér forró, "írta az" Az idő rövid története "című cikkben.
Hawking végül úgy döntött, hogy felrobbannak.
Amint Hawking elkezdte osztani ezt az elképzelést, Ferguson írta az "Egy korlátlan elme" című versben, társaik ragyogó vagy eretnekségként fogadták el. Amikor Penrose suttogást hallott, felhívta Hawkingot, amikor a fizikus leült az 1974. évi születésnapi vacsorájára, és olyan hosszú ideig gratulált neki, hogy vacsorája meghűlt. Hónapokkal később azonban a szimpózium moderátora, ahol Hawking bemutatta javaslatát, felállt, hogy "teljes szemétnek" nyilvánítsa.
Manapság alapvető tudományos ténynek tekintik.
A fekete lyukakon túl
A "fekete lyuk robbanásai" óta eltelt négy és fél évtizedben Hawking folytatta olyan kutatások közzétételét, amelyek az univerzum mögött rejlik, ideértve azokat az ötleteket, amelyek megtámadják a korábbi hozzájárulásait. (Lásd például a 2014-es megdöbbentő címsort a Nature-ban, "Stephen Hawking: Nincsenek fekete lyukak".)
Hawking későbbi tudományos kommunikátor karrierje során a leghíresebb lett. Az 1988-as klasszikus „Az idő rövid története” című művet további 10 néptudományi művel és egy emlékeztetővel kísérte, amelyet a „Rövid történelem” címet viselt (Random House, 2013).
Lehetetlen beszélni Hawking óriási hozzájárulásáról az univerzum emberi megértéséhez anélkül, hogy elismernénk hosszú ideje romló egészségét. Hawking két alapvető fizikai hozzájárulása ugyanabban az időszakban érkezett, amikor egy fiatalemberből, aki képes volt egyedül sétálni, átalakult egy kerekes székre szoruló férfivé, elcsúsztatta a beszédet, és feleségére támaszkodott, hogy gondolatait átírja. .
Az ALS megbénítja a testet, de - legalább Hawking esetében - nem károsítja az elmét. Ferguson ezért írta, hogy Hawking már régóta "rendkívül szerencsésnek" számít.
"1964-ben igaz volt és ma is - írta Ferguson -, hogy ami Hawkingt illeti, minél kevésbé készülnek a fizikai problémái, annál jobb. 1989-ben felismertem az első rólam szóló könyvem interjúja során, hogy ha írnék a tudományos munkájáról, és nem említenék meg teljesen, hogy az ilyen munka elvégzése valószínűleg inkább eredményt jelent számára, mint a legtöbb ember számára, az jó lett volna neki. "
Hawking úgy tűnt, hogy a legkényelmesebb a fogyatékossággal kapcsolatos megbeszélése aktivista összefüggésében, amely jelentős volt. 1999-ben csatlakozott 12 kiemelkedő szereplőből álló csoporthoz, köztük a dél-afrikai aktivistához, Desmond Tutu-hoz, a chartának aláírásával, amely felhívta a világ kormányait, hogy alakítsák át kapcsolataikat fogyatékkal élő lakosságukkal és terjesszék elő a fogyatékkal élők életét javító szolgáltatásokat.
Hawking az univerzális egészségügyi ellátás és az Egyesült Nemzetek Egészségügyi Szolgálatának (NHS) kiemelkedő védelmezője is volt, és a program elégtelen finanszírozása és támogatása miatt egy 2017. augusztusi beszédében megtámadta Jeremy Hunt konzervatív párt egészségügyi titkárát.
"Nem lennék itt az NHS nélkül" - mondta Hawking.
Hawking hajlandó a legnagyobb figyelmet fordítani az emberiség jövőjével kapcsolatos ötleteire, amikor a mesterséges intelligenciára vagy az idegenekre kommentál. De a témával kapcsolatos kijelentéseinek nagy része inkább földönkívüli: háborúk ellentéte, attól tartva, hogy Donald Trump az Egyesült Államok elnöke által az éghajlatváltozás elutasítása károsíthatja a bolygót, és csatlakozik Izrael globális tudományos bojkottjához.
Az Élő Tudomány nagyon boldog születésnapot kíván Hawkingnak és még sok másat.
