Kun ajatellaan tieteen historian päähahmoja, monet nimet tulevat mieleen. Einstein, Newton, Kepler, Galileo - kaikki suuret teoreetikot ja ajattelijat, jotka jättivät pysyvän jäljen elämänsä aikana. Monissa tapauksissa heidän panoksensa koko laajuutta arvioidaan vasta heidän kuolemansa jälkeen. Mutta niillä meistä, jotka ovat nykyään elossa, on onni, että joukossamme on suuri tiedemies, joka on antanut merkittävän panoksen - tohtori Stephen Hawking.
Monien mielestä "moderni Einstein", Hawkingin kosmologian ja teoreettisen fysiikan työ oli vertaansa vailla hänen nykyaikaistensa keskuudessa. Gravitaatio- ja kvantitekniikkaan liittyvien töidensä lisäksi hän vastasi myös havaitsemasta, että mustat aukot lähettävät säteilyä. Tämän lisäksi Hawking oli kulttuurikuvake, joka tukee lukemattomia syitä, esiintyi monissa televisio-ohjelmissa itsessään ja veti useita kirjoja, jotka ovat tehneet tiedestä laajemman yleisön saataville.
Aikainen elämä:
Hawking syntyi 8. tammikuuta 1942 (Galileon kuoleman 300 vuotta) Oxfordissa, Englannissa. Hänen vanhempansa, Frank ja Isobel Hawking, olivat molemmat opiskelijoita Oxfordin yliopistossa, jossa Frank opiskeli lääketiedettä ja Isobel opiskeli filosofiaa, politiikkaa ja taloutta. Pariskunta asui alun perin Lontoon esikaupungissa Highgatessa, mutta muutti Oxfordiin päästäkseen eroon toisen maailmansodan pommituksista ja synnyttämään lapsen turvallisesti. Heillä olisi kaksi tytärtä, Philippa ja Mary, sekä yksi adoptoitu poika, Edward.
Perhe muutti uudelleen vuonna 1950, tällä kertaa St. Albans, Hertfordshire, koska Stephenin isä tuli parasitologian johtaja National Institute for Medical Research (nyt osa Francis Crick Institute). Siellä perhe sai maineensa erittäin älykäs, joskin hieman eksentrinen. He asuivat säästeliäästi, asuivat suuressa, turmeltuneessa ja huonosti hoidetussa talossa, ajavat ympäri muunnettua taksiasemaa ja lukevat jatkuvasti (jopa ruokapöydässä).
Koulutus:
Hawking aloitti koulunkäynnin Byron House -koulussa, missä hänellä oli vaikeuksia lukemisen oppimisessa (joita hän myöhemmin syytti koulun "progressiivisista menetelmistä".) Vaikka St. Albansissa kahdeksan-vuotias Hawking kävi St. Albans Highssa Tyttökoulu muutamaksi kuukaudeksi (joka oli tuolloin sallittu nuoremmille pojille). Syyskuussa 1952 hän opiskeli vuoden ajan Radlett-kouluun, mutta hän pysyi St. Albansissa suurimman osan teini-ikäisistä vuosista perheen taloudellisten rajoitteiden takia.
Siellä ollessaan Hawking sai monia ystäviä, joiden kanssa hän pelasi lautapelejä, valmisti ilotulitteita, malli lentokoneita ja veneitä, ja hänellä oli pitkiä keskusteluja aiheista uskonnosta ekstrasenssiseen havaintoon. Vuodesta 1958 Hawking ja hänen ystävänsä rakensivat matematiikan opettajan Dikran Tahtan avulla tietokoneen kellon osista, vanhan puhelinkeskuksen ja muut kierrätetyt komponentit.
Vaikka Hawking ei ollut alun perin akateemisesti menestynyt, hän osoitti huomattavaa soveltuvuutta tieteellisiin aiheisiin ja hänelle annettiin lempinimi “Einstein”. Opettajansa Tahtan innoittamana hän päätti opiskella matematiikkaa yliopistossa. Hänen isänsä toivoi poikansa käyvän Oxfordissa ja opiskelevan lääketiedettä, mutta koska siellä ei tuolloin ollut mahdollista opiskella matematiikkaa, Hawking päätti opiskella fysiikkaa ja kemiaa.
Vuonna 1959, kun hän oli vain 17, Hawking teki Oxfordin pääsykokeen ja sai stipendin. Ensimmäiset 18 kuukautta hän oli kyllästynyt ja yksinäinen johtuen tosiasiasta, että hän oli ikäisensä nuorempi ja löysi työn "naurettavan helpoksi". Toisen ja kolmannen vuoden aikana Hawking yritti kiinnittää entistä enemmän tovereihinsa ja kehittyi suosituksi opiskelijaksi liittymällä Oxford Boat Clubiin ja kehittääkseen kiinnostusta klassiseen musiikkiin ja tieteiskirjallisuuteen.
Kun hänen viimeisen tenttinsä tuli aika, Hawkingin suorituskyky oli heikko. Sen sijaan, että vastaisi kaikkiin kysymyksiin, hän päätti keskittyä teoreettisiin fysiikkakysymyksiin ja vältti kaikkia tosiasioita edellyttäviä kysymyksiä. Tuloksena oli pistemäärä, joka asetti hänet rajalle ensimmäisen ja toisen luokan arvosanojen välillä. Tarvitessaan ensimmäisen luokan kunnianosoituksen suunnitellusta kosmologian jatko-opiskelusta Cambridgessa, hän pakotettiin suorittamaan läpikulku (suullinen tentti).
Huolestuneena siitä, että häntä pidettiin laiskaana ja vaikeana opiskelijana, Hawking kuvaili tulevaisuuden suunnitelmiaan vivan aikana seuraavasti: ”Jos palkitset minulle ensimmäisen, menen Cambridgeen. Jos saan toisen, pysyn Oxfordissa, joten luulet antavasi minulle ensimmäisen. " Kuitenkin, Hawking pidettiin enemmän kuin hän uskoi, ja hän sai ensimmäisen luokan BA (Hons.) -Tutkinnon, mikä antoi hänelle mahdollisuuden jatkaa valmistumista Cambridge Universityssä lokakuussa 1962.
Hawkingilla oli joitain alkuvaikeuksia tohtorintutkinnon ensimmäisen vuoden aikana. Hänen mielestään matematiikan tausta oli riittämätön yleisen suhteellisuusteorian ja kosmologian työhön, ja hänet nimitettiin Dennis William Sciamaksi (yksi nykyaikaisen kosmologian perustajista) hänen esimiehekseen, eikä huomattavaan tähtitieteilijä Fred Hoyleen (jota hän oli toivonut).
Lisäksi jatko-opintojensa aikana Hawkingille todettiin varhaisessa vaiheessa ilmaantuva amyotrofinen lateraaliskleroosi (ALS). Viimeisen Oxford-vuoden aikana hän oli kokenut onnettomuuden, jossa hän kaatui portaiden lentoon, ja alkoi myös kokea vaikeuksia soutuessa ja epäselvää puhetta. Kun diagnoosi tuli vuonna 1963, hän joutui masennuksen tilaan ja tunsi, ettei ollut mitään järkeä jatkaa opintojaan.
Hänen näkemyksensä muuttuivat kuitenkin pian, kun sairaus eteni hitaammin kuin lääkärit olivat ennustaneet - aluksi hänelle annettiin kaksi vuotta elää. Sitten, Sciama: n kannustamana, hän palasi työhönsä ja sai nopeasti maineen kirkkaudella ja raikkaudella. Tämä osoitettiin, kun hän haastoi kesäkuussa 1964 pidetyssä luennossa julkisesti merkittävän tähtitieteilijä Fred Hoylen, joka oli kuuluisa Big Bang -teorian hylkäämisestä.
Kun Hawking aloitti jatko-opinnot, fysiikkayhteisössä oli paljon keskustelua maailmankaikkeuden luomisesta vallitsevista teorioista: Big Bang ja Steady State -teoriat. Entisessä maailmankaikkeus suunniteltiin jättimäiseksi räjähdykseksi, jossa kaikki tunnettuun maailmankaikkeuteen kuuluva aine luotiin. Jälkimmäisessä uutta ainetta syntyy jatkuvasti maailmankaikkeuden laajentuessa. Hawking liittyi nopeasti keskusteluun.
Hawking sai inspiraation Roger Penrose'in lauseesta, jonka mukaan avaruuden ajan singulariteetti - kohta, jossa taivaankappaleen gravitaatiokentän mittaamiseen käytetyt määrät muuttuvat äärettömiksi - ovat mustan aukon keskellä. Hawking sovelsi samaa ajattelua koko maailmankaikkeuteen ja kirjoitti aiheesta 1965 tutkielmansa. Hän jatkoi tutkintotodistusta Gonville and Caius Collegessa ja sai tohtorin tutkinnon kosmologiassa vuonna 1966.
Se oli myös tänä aikana, että Hawking tapasi ensimmäisen vaimonsa Jane Wilden. Vaikka hän oli tavannut hänet vähän ennen diagnoosia ALS: ltä, heidän suhteensa jatkoi kasvuaan, kun hän palasi opintonsa loppuun. Heidät kihlattiin lokakuussa 1964 ja he menivät naimisiin 14. heinäkuuta 1966. Hawking sanoo myöhemmin, että hänen suhteensa Wildeen antoi hänelle "jotain elää".
Tieteelliset saavutukset:
Hawking laajensi väitöskirjassaan, jonka hän kirjoitti yhteistyössä Penrose: n kanssa, singulaarisuuksien olemassaolon ajatukseen, että maailmankaikkeus olisi saattanut alkaa singulariteettina. Heidän yhteinen esseensä, jonka otsikkona oli ”Singularities and Space Geometry of Space-Time”, oli ensimmäisessä sijassa vuonna 1968 Gravity Research Foundation -kilpailussa ja jakoi Penrose-kilpailun kanssa parhaat kunniamaininnat Cambridgein kyseisen vuoden arvostetuimmasta Adams-palkinnosta.
Vuonna 1970 Hawking tuli osaksi Sherman Fairchildin arvostettuja tutkijoita vierailevaa professuuriohjelmaa, joka antoi hänelle luennot Kalifornian teknillisessä instituutissa (Caltech). Tänä aikana hän ja Penrose julkaisivat todisteen, joka sisälsi Alexander Freidmannin kehittämät yleisen suhteellisuusteorian teoriat ja fyysisen kosmologian.
Freinsmann väitti Einsteinin yhtälöihin perustuen, että maailmankaikkeus oli dynaaminen ja muuttunut koonsa ajan myötä. Hän väitti myös, että avaruusajalla oli geometria, jonka määrittelee sen kokonaismassa / energiatiheys. Jos maailmankaikkeus on yhtä suuri kuin kriittinen tiheys, kaarevuus on nolla (ts. Tasainen kokoonpano); jos se on vähemmän kuin kriittinen, maailmankaikkeudella on negatiivinen kaarevuus (avoin kokoonpano); ja jos se on suurempi kuin kriittinen, maailmankaikkeudella on positiivinen kaarevuus (suljettu kokoonpano)
Hawking-Penrose-singulaarisuuslauseen mukaan, jos maailmankaikkeus todella noudatti yleisen suhteellisuussuhteen malleja, niin sen on täytynyt alkaa singulariteettina. Tämä tarkoitti pääasiassa sitä, että ennen isoa räjähdystä koko maailmankaikkeus oli olemassa äärettömän tiheyden pisteenä, joka sisälsi maailmankaikkeuden kaiken massan ja avaruus-ajan, ennen kuin kvanttivaihteluiden vuoksi se laajeni nopeasti.
Myös vuonna 1970 Hawking postuloi sitä, mikä tuli tunnetuksi mustien aukkojen dynamiikan toisena lakina. James M. Bardeenin ja Brandon Carterin kanssa hän ehdotti mustanreiän mekaniikan neljää lakia piirtäen analogian termodynamiikan neljän lain kanssa.
Nämä neljä lakia sanoivat, että - paikallaan olevassa mustassa aukossa horisontilla on vakio pinnan painovoima; paikallaan olevien mustien reikien häiriöissä energian muutos liittyy alueen muutokseen, kulmaliikkeeseen ja sähkövaraukseen; horisontin pinta-ala on olettaen, että heikko energiatila on ajan funktio, joka ei vähene; ja että mustaa reikää ei voida muodostaa häviävällä pintapainolla.
Vuonna 1971 Hawking julkaisi esseen, jonka otsikko oli ”Mustat reiät yleisessä suhteellisuudessa”, jossa hän ajatteli, että mustien reikien pinta-ala ei voi koskaan vähentyä, ja siksi niiden lähettämälle energian määrälle voidaan asettaa tiettyjä rajoituksia. Tämä essee voitti Hawkingin Gravity Research Foundation -palkinnon saman vuoden tammikuussa.
Vuonna 1973 julkaistiin Hawkingin ensimmäinen kirja, jonka hän kirjoitti post-dok-opintojensa aikana George Ellisillä. otsikolla Avaruus-ajan suuri mittakaava, kirja kuvaa itse avaruuden perustaa ja sen äärettömän laajentumisen luonnetta käyttämällä differentiaaligeometriaa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian seurausten selvittämiseen.
Hawking valittiin kuninkaallisen yhdistyksen (FRS) jäseneksi vuonna 1974, muutama viikko Hawkingin säteilyn ilmoittamisen jälkeen (katso alla). Vuonna 1975 hän palasi Cambridgeen ja sai uuden tehtävän lukijana, joka on varattu vanhemmille tutkijoille, joilla on erinomainen kansainvälinen maine tutkimuksessa tai stipendeissä.
1970-luvun puoliväli-loppupuolella oli kiinnostusta mustista reikistä ja niihin liittyvistä tutkijoista. Sinänsä Hawkingin julkinen profiili alkoi kasvaa, ja hän sai lisääntynyttä akateemista ja julkista tunnustusta esiintymällä paino- ja televisiohaastatteluissa sekä vastaanottaen lukuisia kunniapaikkoja ja palkintoja.
1970-luvun lopulla Hawking valittiin Lucasian matematiikan professoriksi Cambridgen yliopistosta. Vuonna 1663 luotu kunniatoimi, jota pidetään yhtenä maailman arvostetuimmista akateemisista viroista. Ennen Hawkingia sen entisiin haltijoihin kuuluivat sellaiset tieteelliset tunnustukset kuin Sir Isaac Newton, Joseph Larmor, Charles Babbage, George Stokes ja Paul Dirac.
Hänen aloittavan luentonsa Lucasian matematiikan professorina nimettiin seuraavasti: "Onko teoreettisen fysiikan tavoite näky". Puheen aikana hän ehdotti N = 8 supergravitaatiota - kvanttikenttäteoriaa, johon sisältyy painovoima 8 supersymmetriassa - johtavaksi teoriaksi monien merkittävien ongelmien ratkaisemiseksi, joita fyysikot opiskelivat.
Hawkingin ylennys tapahtui samanaikaisesti terveyskriisin kanssa, joka johti siihen, että Hawking joutui hyväksymään joitain hoitopalveluita kotona. Samalla hän aloitti muutoksen fysiikkaan liittyvässä lähestymistavassaan, muuttuen intuitiivisemmaksi ja spekulatiivisemmaksi kuin vaatimalla matemaattisia todisteita. Vuoteen 1981 mennessä tämä näki Hawkingin keskittyvän huomionsa kosmologiseen inflaatioteoriaan ja maailmankaikkeuden alkuperään.
Inflaatioteoria - jonka Alan Guth oli ehdottanut samana vuonna - väittää, että Ison räjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus laajeni aluksi hyvin nopeasti ennen asettumistaan hitaampaan laajentumisasteeseen. Vastauksena Hawking esitteli teoksensa Vatikaanin konferenssissa kyseisenä vuonna, jossa hän ehdotti, että heillä ei voisi olla mitään rajaa tai alkaa maailmankaikkeuteen.
Kesällä 1982 hän ja hänen kollegansa Gary Gibbons järjestivät Cambridge Universityssä kolmen viikon työryhmän aiheesta "The Early Universe". Amerikkalaisen fyysikon ja fysiikan professorin Jim Hartlen kanssa Kalifornian yliopistossa hän ehdotti, että maailmankaikkeuden varhaisimmalla jaksolla (aka. Planckin aikakausi) maailmankaikkeudella ei olisi rajaavaruusaikaa.
Vuonna 1983 he julkaisivat tämän mallin, joka tunnetaan nimellä Hartle-Hawking. Se väitti muun muassa, että ennen isoa räjähdystä aikaa ei ollut, ja siksi käsitys maailmankaikkeuden alusta on merkityksetön. Se korvasi myös ison paineen alkuperäisen singulaarisuuden alueelta, joka on samanlainen kuin pohjoisnapa, jota (samanlainen kuin todellinen pohjoisnapa) ei voi kulkea pohjoiseen, koska se on kohta, jossa viivat kohtaavat, jolla ei ole rajaa.
Tämä ehdotus ennusti suljettua maailmankaikkeutta, jolla oli monia eksistentiaalisia vaikutuksia, etenkin Jumalan olemassaolosta. Hawking ei missään vaiheessa sulkenut pois Jumalan olemassaoloa päättäessään käyttää jumalaa metaforisessa mielessä selittäessään maailmankaikkeuden salaisuuksia. Hän kuitenkin ehdotti usein, että Jumalan olemassaolo oli tarpeeton selittämään maailmankaikkeuden alkuperää tai yhtenäisen kenttäteorian olemassaoloa.
Vuonna 1982 hän aloitti myös kirjan laatimisen, joka selittäisi maailmankaikkeuden luonnetta, suhteellisuusteoriaa ja kvanttimekaniikkaa tavalla, joka olisi yleisön saatavilla. Tämän seurauksena hän allekirjoitti sopimuksen Bantam Booksin kanssa julkaisemisen vuoksi Lyhyt aikahistoria, jonka ensimmäisen luonnoksen hän valmistui vuonna 1984.
Useiden tarkistusten jälkeen lopullinen luonnos julkaistiin vuonna 1988, ja se sai paljon kriittistä suosiota. Kirja käännettiin useille kielille, se pysyi kuukausien ajan bestseller-listan kärjessä sekä Yhdysvalloissa että Isossa-Britanniassa ja lopulta myi arviolta 9 miljoonaa kappaletta. Median huomio oli intensiivistä, ja Newsweek aikakauslehden kansi ja televisio-erikoisjulkaisu kuvasivat häntä "maailmankaikkeuden mestariksi".
Hawkingin jatkotyö ajanjakson nuolien alalla johti vuoden 1985 julkaisuun, jonka teoreettinen aihe on, että jos rajattomuuden ehdotus olisi oikea, silloin kun maailmankaikkeus lopettaa laajentumisen ja lopulta romahti, aika kuluu taaksepäin. Myöhemmin hän vetäisi tämän käsitteen, kun riippumattomat laskelmat kiistäisivät sen, mutta teoria tarjosi arvokasta tietoa mahdollisista yhteyksistä ajan ja kosmisen laajentumisen välillä.
1990-luvulla Hawking jatkoi fysiikkaa, mustia aukkoja ja isoa räjähdystä käsittelevien teorioidensa julkaisemista ja luennointia. Vuonna 1993 hän toimitti yhdessä Gary Gibbonsin kanssa kirjan Euklidian kvanttipainosta, teoriasta, jonka parissa he olivat työskennelleet yhdessä 70-luvun lopulla. Tämän teorian mukaan osa mustaa reikää olevasta painovoimakentästä voidaan arvioida funktionaalisen integroidun lähestymistavan avulla siten, että sillä voidaan välttää singulaariteetit.
Samana vuonna nimettiin suositun tason kokoelma esseitä, haastatteluja ja keskusteluja, Mustat reiät ja vauvauniversumit ja muut esseet julkaistiin myös. Vuonna 1994 Hawking ja Penrose piti kuuden luentosarjan Cambridgen Newton-instituutissa, joka julkaistiin vuonna 1996 nimellä “Avaruuden ja ajan luonne“.
Se oli myös 1990-luvulla, että Hawkingin henkilökohtaisessa elämässä tapahtui merkittäviä tapahtumia. Vuonna 1990 hän ja Jane Hawking aloittivat avioeromenettelyn monien vuosien kireiden suhteiden takia hänen vammaisuutensa, hoitajiensa jatkuvan läsnäolon ja kuuluisuutensa vuoksi. Hawking avioitui uudelleen vuonna 1995 Elaine Masoniin, hänen hoitajaansa vuosia.
2000-luvulla Hawking tuotti monia uusia kirjoja ja vanhoja uusia painoksia. Nämä sisältyivät Universumi pähkinänkuoressa (2001), Lyhyempi ajanhistoria (2005), ja Jumala loi kokonaislukuja (2006). Hän aloitti yhteistyön myös Kalifornian yliopiston Santa Barbaran Jim Hartlen ja Euroopan ydintutkimusjärjestön (CERN) kanssa uusien kosmologisten teorioiden tuottamiseksi.
Näistä pääosin oli Hawkingin "ylhäältä alas suuntautuva kosmologia", jonka mukaan maailmankaikkeudella ei ollut yhtä ainutlaatuista lähtötilaa, vaan monia erilaisia, ja että universumin nykyisen tilan ennustaminen yhdestä alkuperäisestä tilasta on siksi sopimaton. Yhdessä kvanttimekaniikan kanssa ylhäältä alas suuntautuva kosmologia asettaa sen, että nykyisyys “valitsee” menneisyyden monien mahdollisten historioiden päällekkäin.
Näin teoria tarjosi myös mahdollisen ratkaisun "hienosäätökysymykseen", joka käsittelee mahdollisuutta, että elämä voi olla olemassa vain, kun tietyt fyysiset rajoitukset ovat kapealla alueella. Tarjoamalla tämän uuden kosmologiamallin Hawking avasi mahdollisuuden, että sellaiset rajoitukset eivät sido elämää ja voivat olla paljon runsaampia kuin aiemmin ajateltiin.
Vuonna 2006 Hawking ja hänen toinen vaimonsa, Elaine Mason, erottuivat hiljaisesti, ja Hawking jatkoi läheisempiä suhteita ensimmäisen vaimonsa Janeen, hänen lapsiinsa (Robert, Lucy ja Timothy) ja lastenlapsiinsa. Vuonna 2009 hän jäi eläkkeelle Lucasianin matematiikan professorina, jota Cambridge Universityn säädökset vaativat. Siitä lähtien Hawking on jatkanut tutkimusjohtajana Cambridgen yliopiston sovellettavan matematiikan ja teoreettisen fysiikan laitoksella, eikä hän ole ilmoittanut jäävänsä eläkkeelle.
“Hawking-säteily” ja “mustan reiän tietoparadoksi”:
1970-luvun alkupuolella Hawking aloitti työskentelyn niin kutsutun "ei hiuksia koskevan lauseen" suhteen. Perustuen Einstein-Maxwellin gravitaatio- ja sähkömagnetismiyhtälöihin yleisessä suhteellisuudessa, lause totesi, että kaikille mustille reikille voidaan karakterisoida täysin vain kolme ulkoisesti havaittavissa olevaa klassista parametria: massa, sähkövaraus ja kulmamomentti.
Tässä skenaariossa kaikki muut tiedot asiasta, joka muodosti mustan aukon tai putoaa siihen (jota varten ”hiuksia” käytetään metaforana), “katoaa” mustan aukon tapahtumahorisontin taakse, ja siksi se säilyy, mutta pysyvästi ulkopuolisille tarkkailijoille esteettömät.
Vuonna 1973 Hawking matkusti Moskovaan ja tapasi Neuvostoliiton tutkijoiden Yakov Borisovich Zel’dovichin ja Aleksei Starobinskyn. Keskustellessaan heidän kanssaan heidän työstään, he näyttivät hänelle, kuinka epävarmuusperiaate osoitti, että mustien reikien tulisi päästää hiukkasia. Tämä oli ristiriidassa Hawkingin toisen mustien reikien termodynamiikan lain kanssa (ts. Mustia reikiä ei voi pienentyä), koska se tarkoitti, että energian menettämisen myötä niiden täytyy menettää massa.
Lisäksi se tuki John Wheelerin yliopiston jatko-opiskelijan Jacob Bekensteinin esittämää teoriaa, jonka mukaan mustien reikien lämpötilan ja entropian tulisi olla äärellinen, nollasta poikkeava. Kaikki tämä oli ristiriidassa mustien kelojen "hiukseton-lauseen" kanssa. Hawking muutti tätä lausea pian sen jälkeen osoittaen, että kun kvantmekaaniset vaikutukset otetaan huomioon, havaitaan, että mustat aukot lähettävät lämpöä säteilyä lämpötilassa.
Vuodesta 1974 lähtien Hawking esitti Bekensteinin tulokset, jotka osoittivat, että mustat aukot lähettävät säteilyä. Tätä kutsuttiin nimellä "Hawking-säteily", ja se oli alun perin kiistanalainen. 1970-luvun loppupuolella ja jatkotutkimuksen julkaisemisen jälkeen löytö hyväksyttiin kuitenkin laajalti merkittävänä läpimurtona teoreettisessa fysiikassa.
Yksi tämän teorian lähteistä oli kuitenkin todennäköisyys, että mustat aukot menettävät vähitellen massaa ja energiaa. Tämän vuoksi mustien reikien, jotka menettävät enemmän massaa kuin mitä muilla keinoilla saadaan, odotetaan kutistuvan ja lopulta katoavan - ilmiö, jota kutsutaan mustan aukon “haihtumiseksi”.
Vuonna 1981 Hawking ehdotti, että mustassa aukossa olevat tiedot menetetään peruuttamattomasti, kun musta reikä haihtuu, mikä tunnetaan nimellä “Black Hole Information Paradox”. Tämä väittää, että fyysiset tiedot saattavat pysyvästi katoaa mustasta aukosta, jolloin monet fyysiset tilat voivat siirtyä samaan tilaan.
Tämä oli kiistanalainen, koska se rikkoi kahta kvanttifysiikan perusperiaatetta. Periaatteessa kvanttifysiikka kertoo meille, että fysikaalisen järjestelmän täydelliset tiedot - ts. Sen aineen tila (massa, sijainti, spin, lämpötila jne.) - koodataan sen aaltofunktioon siihen pisteeseen saakka, jolloin kyseinen aaltofunktio romahtaa. Tämä puolestaan johtaa kahteen muuhun periaatteeseen.
Ensimmäinen on kvantti determinismi, jonka mukaan - ottaen huomioon nykyinen aaltofunktio - evoluutiooperaattori yksilöi tulevat muutokset. Toinen on käännettävyys, joka toteaa, että evoluutiooperaattorilla on käänteinen merkitys, joka tarkoittaa, että menneisyyden aaltofunktiot ovat samalla tavalla ainutlaatuisia. Näiden yhdistelmä tarkoittaa, että tiedot aineen kvanttitilasta on aina säilytettävä.
Ehdotettaessa, että nämä tiedot katoavat mustan haihtumisen jälkeen, Hawking loi pohjimmiltaan perustavanlaatuisen paradoksin. Jos musta aukko voi haihtua, mikä aiheuttaa kaiken informaation kvantti-aaltofunktiosta kadonneen, niin se voi tosiasiassa menettää lopullisesti. Tästä aiheesta on käyty jatkuvaa keskustelua tutkijoiden keskuudessa, ja keskustelu on pysynyt suurelta osin ratkaisematta.
Fyysikoiden kasvava yksimielisyys oli kuitenkin vuoteen 2003 mennessä, että Hawking oli väärässä tietojen menetyksestä mustassa aukossa. Vuonna 2004 Dublinissa pidetyssä luennossa hän myönsi panoksensa Caltechin kumppanin John Preskillin kanssa (jonka hän teki vuonna 1997), mutta kuvaili omaa, hieman kiistanalaista ratkaisua paradoksi-ongelmaan - että mustilla reikillä voi olla useampi kuin yksi topologia.
Hän julkaisi aiheesta 2005 julkaisemassaan artikkelissa - ”Tietojen menetykset mustissa aukkoissa” - hän väitti, että tietoparadoksi selitettiin tutkimalla kaikkia vaihtoehtoisia universumien historiaa. Tietojen menetykset mustien aukkojen kohdalla peruuttivat ilman . Tammikuusta 2014 alkaen Hawking on kuvaillut Black Hole Information Paradox -tapahtumaa hänen “suurimmaksi virheeksi”.
Muut saavutukset:
Sen lisäksi, että Stephen Hawking on ymmärtänyt mustia aukkoja ja kosmologiaa soveltamalla yleistä suhteellisuusteoriaa ja kvanttimekaniikkaa, myös Stephen Hawking on ollut keskeisessä asemassa tuomalla tiedettä laajemmalle yleisölle. Uransa aikana hän on julkaissut monia suosittuja kirjoja, matkustanut ja luennoinut laajasti, ja hän on esiintynyt lukuisissa esiintymisissä ja tehnyt puhetta televisio-ohjelmiin, elokuviin ja jopa kertonut Pink Floyd -kappaleelle ”Keep Talking”.
Elokuvaversio Lyhyt aikahistoria, ohjannut Errol Morris ja tuottanut Steven Spielberg, ensi-ilta vuonna 1992. Hawking oli halunnut, että elokuva olisi pikemminkin tieteellistä kuin elämäkertaista, mutta hänet vakuutettiin toisin. Vuonna 1997 kuuden osan televisiosarja Stephen Hawkingin maailmankaikkeus ensi-ilta PBS: ssä, mukana on myös seurakirja.
Vuonna 2007 Hawking ja hänen tyttärensä Lucy julkaisivat Georgian salainen avain maailmankaikkeuteen, lastenkirja, joka on suunniteltu selittämään teoreettista fysiikkaa helposti saatavilla olevalla hahmoilla, jotka ovat samanlaisia kuin Hawkingin perheen merkit. Kirjaa seurasi kolme jatkoa - Georgian kosminen aarteenetsintä (2009), George ja iso räjähdys (2011), George ja murtumaton koodi (2014).
1990-luvulta lähtien Hawking on myös ollut merkittävä rooli vammaisten ja rappeuttavien sairauksien parissa työskenteleville ihmisille, ja hänen toimintakyky vammaisuustietoisuuteen ja tutkimukseen on ollut vertaansa vailla. Vuosisadan vaihteessa hän ja yksitoista muuta valaisinta liittyivät Rehabilitation Internationalin kanssa allekirjoittamaan Vammaisuuden kolmannen vuosituhannen peruskirja joka kehotti hallituksia ympäri maailmaa estämään vammaisuuksia ja suojelemaan vammaisten oikeuksia.
Motivoituna halua lisätä yleisön kiinnostusta avaruuslentoihin ja osoittaa vammaisten potentiaalia, hän osallistui vuonna 2007 nollapainoiseen lentoon ”Vomit Comet” -elimessä - erikoisvarustetussa lentokoneessa, joka upottaa ja kiipeää ilman läpi simuloidakseen painottomuuden tunne - Zero Gravity Corporationin kohteliaisuus, jonka aikana hän koki painottomuuden kahdeksan kertaa.
Elokuussa 2012 Hawking kertoi ”Enlightenment” -segmentistä vuoden 2012 kesäparalympialaisten avajaisiin. Hän ilmaisi syyskuussa 2013 tukensa itsemurhan laillistamiselle terminaalisesti sairaille. Elokuussa 2014 Hawking hyväksyi Ice Bucket Challengen edistääkseen ALS / MND-tietoisuutta ja kerätäkseen panosta tutkimukseen. Koska hänellä oli keuhkokuume vuonna 2013, häntä kehotettiin olemaan kaatamatta jään päälle, mutta hänen lapsensa vapaaehtoisesti hyväksyi haasteen hänen puolestaan.
Uransa aikana Hawking on myös ollut sitoutunut kouluttaja, ohjaten henkilökohtaisesti 39 menestynyttä jatko-opiskelijaa. Hän on myös lainannut nimensä meneillään olevalle maanpäällisen älykkyyden etsinnälle ja keskusteluun robotien ja tekoälyn kehittämisestä. 20. heinäkuuta 2015 Stephen Hawking auttoi käynnistämään Läpimurto-aloitteet, pyrkimyksenä etsiä maan ulkopuolista elämää maailmankaikkeudessa.
Myös vuonna 2015 Hawking lainasi äänensä ja kuuluisuutensa The Global Goals -ohjelman edistämiselle, joka on YK: n kestävän kehityksen huippukokouksen hyväksymän 17 tavoitteen sarja äärimmäisen köyhyyden, sosiaalisen eriarvoisuuden lopettamiseksi ja ilmastomuutoksen vahvistamiseksi seuraavan vuoden aikana. 15 vuotta.
Kunniamerkit ja perintö:
Kuten jo todettiin, vuonna 1974, Hawking valittiin kuninkaallisen yhdistyksen (FRS) jäseneksi, ja hän oli yksi nuorimmista tutkijoista, jotka tulivat jäseneksi. Tuolloin hänen nimitystään luettiin:
Hawking on antanut merkittävän panoksen yleisen relatiivisuuden suhteen. Ne perustuvat fysiikan ja tähtitieteen kannalta merkityksellisten syvien käsitysten ja erityisesti täysin uusien matemaattisten tekniikoiden hallitsemiseen. Penrose'n uraauurtavan työn seurauksena hän perusti osittain yksinään ja osittain yhteistyössä Penrose'in kanssa useita peräkkäin vahvempia lauseita, jotka vahvistivat perustavanlaatuisen tuloksen, jonka mukaan kaikilla realistisilla kosmologisilla malleilla on oltava singulaarisuudet. Samanlaisia tekniikoita käyttämällä Hawking on todistanut mustia aukkoja ohjaavien lakien peruslauseet: Einsteinin yhtälöiden kiinteiden ratkaisujen, joilla on sileät tapahtumahorisontit, on välttämättä oltava akselisymmetrisiä; ja että mustien reikien evoluutiossa ja vuorovaikutuksessa tapahtumahorisonttien kokonaispinta-alan tulee kasvaa. Yhteistyössä G. Ellisin kanssa Hawking on kirjoittanut vaikuttavan ja omaperäisen tutkielman aiheesta ”Aika-aika suuressa”.
Muu tärkeä Hawkingin työ liittyy kosmologisten havaintojen tulkintaan ja gravitaatioaaltoilmaisimien suunnitteluun.
Vuonna 1975 hän sai sekä Eddington-mitalin että Pius XI -medalin ja vuonna 1976 Dannie Heineman -palkinnon, Maxwell-palkinnon ja Hughes-mitalin. Vuonna 1977 hänet nimitettiin professoriksi, jonka puheenjohtajana oli painovoimafysiikka, ja hän sai seuraavana vuonna Albert Einsteinin mitali ja kunniatohtorin tutkinnon Oxfordin yliopistosta.
Vuonna 1981 Hawking sai amerikkalaisen Franklin-mitalin, ja seuraavana vuonna Britannian valtakunnan ritarikunnan komentaja (CBE). Jäljellä olevan vuosikymmenen ajan hänet kunnioitettiin kolme kertaa, ensin kuninkaallisen tähtitieteellisen seuran kultamitalilla 1985, Paul Dirac -medalilla vuonna 1987 ja yhdessä Penrose-palkinnon kanssa arvostetulla Wolf-palkinnolla vuonna 1988. Vuonna 1989 hän nimitettiin kunniakumppanien (CH) jäseneksi, mutta ilmoitti kieltäneen ritarikunnan.
Vuonna 1999 Hawking sai Yhdysvaltain fyysisen seuran Julius Edgar Lilienfeld -palkinnon. Vuonna 2002 Yhdistyneen kuningaskunnan laajuisen äänestyksen jälkeen BBC lisäsi hänet heidän luetteloonsa 100 suurimmasta britistä. Äskettäin Hawking on saanut Copley-mitalin kuninkaalliselta yhdistykseltä (2006), presidentin vapauden mitalin, Amerikan korkeimman siviilipalkinnon (2009) ja Venäjän erityisen perustavan fysiikan palkinnon (2013).
Useat rakennukset ovat saaneet nimensä hänen mukaansa, mukaan lukien Stephen W. Hawkingin tiedemuseo San Salvadorissa, El Salvador, Stephen Hawking Building Cambridgessa ja Stephen Hawking Center Kiertueen instituutissa Kanadassa. Ja ottaen huomioon Hawkingin yhteyden ajan myötä, hänet valittiin paljastamaan mekaaninen Chronophage - aka. Corpus Clock - Corpus Christi College Cambridgessa syyskuussa 2008.
Myös vuonna 2008 matkoillaan Espanjaan Hawking sai Fonseca-palkinnon - Santiago de Compostelan yliopiston perustaman vuosipalkinnon, joka myönnetään tutkijoille erinomaisesta saavutuksesta tiedeviestinnässä. Hawking erotettiin palkinnosta johtuen hänen ”poikkeuksellisesta osaamisestaan fysiikan monimutkaisten käsitteiden popularisoinnissa nykyisen maailmankaikkeuden ymmärtämisen aivan reunalla yhdistettynä korkeimpaan tieteelliseen huippuosaamiseen ja siitä, että siitä on tullut tieteen julkinen viite maailmanlaajuisesti. ”
Myös Stephen Hawkingistä on tehty vuosien varrella useita elokuvia. Näihin kuuluvat edellä mainitutLyhyt aikahistoria, vuoden 1991 biokuva, jonka ohjasivat Errol Morris ja Stephen Spielberg; Hawking, vuoden 2004 BBC-draama, jonka pääosassa on Benedict Cumberbatch; vuoden 2013 dokumentti, jonka otsikko on “Hawking”, kirjoittanut Stephen Finnigan.
Viimeksi siellä oli vuoden 2014 elokuva Kaiken teoria se kroonisti Stephen Hawkingin ja hänen vaimonsa Janen elämän. Ohjaaja James Marsh, elokuvan tähdet Eddie Redmayne professorina Hawkingina ja Felicity Jones Jane Hawkingina.
Death:
Dr. Stephen Hawking kuoli varhain keskiviikkona 14. maaliskuuta 2018 kotonaan Cambridgessa. Hänen perheensä lausunnon mukaan hän kuoli rauhallisesti. Hän oli 76-vuotias, ja hänen ensimmäisen vaimonsa Jane Wilde ja heidän kolme lastaan - Lucy, Robert ja Tim - selvisivät heistä.
Kun kaikki on sanottu ja tehty, Stephen Hawking oli kiistatta kuuluisin tiedemies, joka elää nykyaikana. Hänen työnsä astrofysiikan ja kvanttimekaniikan alalla on johtanut läpimurtoon ajan ja tilan ymmärtämisessämme, ja tutkijat todennäköisesti käyttävät sitä vuosikymmenien ajan. Lisäksi hän on tehnyt enemmän kuin kukaan elävä tutkija saadakseen tieteen saataville ja mielenkiintoiseksi suurelle yleisölle.
Tämän lisäksi hän matkusti ympäri maailmaa ja luennoi aiheista tieteestä ja kosmologiasta ihmisoikeuksiin, tekoälyyn ja ihmiskunnan tulevaisuuteen. Hän käytti myös hänelle saamansa julkkisaseman avulla tieteellisen tutkimuksen, avaruustutkimuksen, vammaisuustietoisuuden ja humanitaaristen syiden edistämistä mahdollisuuksien mukaan.
Kaikissa näissä suhteissa hän oli hyvin samankaltainen kuin edeltäjänsä Albert Einsteinin - toisen vaikutusvaltaisen tutkijan kääntymä julkkis, joka varmasti käytti voimaansa torjua tietämättömyyttä ja edistää humanitaarisia syitä. But what was especially impressive in all of this is that Hawking has managed to maintain his commitment to science and a very busy schedule while dealing with a degenerative disease.
For over 50 years, Hawking lived with a disease that doctor’s initially thought would take his life within just two. And yet, he not only managed to make his greatest scientific contributions while dealing with ever-increasing problems of mobility and speech, he also became a jet-setting personality who travelled all around the world to address audiences and inspire people.
His passing was mourned by millions worldwide and, in the worlds of famed scientist and science communicator Neil DeGrasse Tyson , “left an intellectual vacuum in its wake”. Without a doubt, history will place Dr. Hawking among such luminaries as Einstein, Newton, Galileo and Curie as one of the greatest scientific minds that ever lived.
We have many great articles about Stephen Hawking here at Space Magazine. Here is one about Hawking Radiation, How Do Black Holes Evaporate?, why Hawking could be Wrong About Black Holes, and recent experiments to Replicate Hawking Radiation in a Laboratory.
And here are some video interviews where Hawking addresses how God is not necessary for the creation of the Universe, and the trailer for Theory of Everything.
Astronomy Cast has a number of great podcasts that deal with Hawing and his discoveries, like: Episode 138: Quantum Mechanics, and Questions Show: Hidden Fusion, the Speed of Neutrinos, and Hawking Radiation.
For more information, check out Stephen Hawking’s website, and his page at Biography.com
