Stephen Hawking, fyysikko, joka kierräsi maailmankaikkeutta ja rasvasi tehostettuja hiukkasia mustien reikien kuumista raja-alueista, täytti tänään 76 vuotta (8. tammikuuta).
Sen lisäksi, että Hawking on maailmankuulu kosmologi, hänestä on tullut jotain popkulttuurin kuvaketta. Hän on silmiinpistävä hahmo: nero, joka on käpristynyt vartaloon, joka on suuresti liikkumattomana amyotrofisen lateraaliskleroosin tai ALS: n avulla. Hänen tukensa on edistyksellinen pyörätuoli, ja hän viestii maailmalle harvinaisen ja erikoistuneen järjestelmän kautta, joka muuntaa poskensa yhden lihaksen liikkeet puheeksi. Tässä tilassa hän esiintyi "Star Trek: The Next Generation", "The Simpsonit" ja "The Big Bang Theory".
Mutta Hawkingin kestävin perintö tulee olemaan 1900-luvun jälkipuoliskon tärkein fyysikko - tutkija, joka otti aikaisemmat hahmojen, kuten Albert Einsteinin ja Werner Heisenbergin, teokset ja neuloi ne yhdeksi asiaksi, joka lähestyi johdonmukaista selitystä ihmisten käyttäytymiselle. kosmos.
"Menneisyydessämme on ainutlaatuisuutta"
Mikään hyvä nero-tarina ei ala mitään pienemmällä kuin bangilla, joten on aiheellista, että Hawkingin ensimmäinen suuri saavutus oli myös hänen väitöskirjaan Cambridgen yliopistossa.
Vuonna 1966 hyväksytty Hawkingin väitöskirja teki dramaattisesti: koko maailmankaikkeus alkoi yhtenä pisteenä, äärettömän pienenä ja tiheänä ja käpristynyt itsensä päälle - piste kaiken alkuun. Tai, kuten hän myöhemmin kirjoittaa, ytimekkäästi: "Menneisyydessämme on ainutlaatuisuus."
Se oli ensimmäinen kuvaus suuresta räjähdyksestä sellaisena kuin se nykyään yleisesti ymmärretään: äärettömän pieni kohta ajan kaukaisuudessa, joka purskahti moderniin, jatkuvasti laajenevaan kosmokseen.
Kuten Hawking kuvasi hänen vuoden 2005 luennossaan "Universumin alkuperä", hänen tutkielmansa saapui hetkeen, jolloin tutkijat olivat nähneet, että avaruuden valtavat tyhjät alueet, galaksien väliset kuilut laajenivat. Mutta he eivät olleet varmoja miksi. Jotkut fyysikot ehdottivat Big Bang -konseptin heikompia versioita, joista vähennetään singulaarisuus. Mutta toinen teoria, nimeltään vakaan tilan maailmankaikkeus, oli hallitseva.
"Kun galaksit siirtyivät toisistaan", Hawking sanoi tasapainossa olevasta maailmankaikkeudesta, "ajatuksena oli, että uudet galaksit muodostuisivat aineesta, jonka piti jatkuvasti luoda koko avaruudessa. Universumi olisi ollut olemassa ikuisesti ja olisi pitänyt näyttää samalta. kaikki ajat."
Toisin sanoen, monet tutkijat ajattelivat, että maailmankaikkeus laajenee, mutta tavalla, joka ei antanut sille mitään alkua eikä loppua.
Kuten biokestäjä Kitty Ferguson kirjoitti kirjassaan "Stephen Hawking: Unfettered Mind" (St. Martin's Griffin, 2012), Hawking kamppaili masennuksen kanssa kuukausina hänen 1963 ALS-diagnoosinsa jälkeen 21-vuotiaana ja jos mielisairaus jatkui, hän saattaa ehkä koskaan ole saapunut hänen tutkielmaansa. Mutta hänen masennus laantui, kun kävi selväksi, että hän oli ylittänyt odotukset ja kun hänelle myönnettiin poikkeus Cambridge-sääntöistä jatko-opiskelijoille, mikä antoi hänelle mahdollisuuden naimisiin ensimmäisen vaimonsa Jane Wilden kanssa Fergusonin mukaan.
Tänä aikana ennen kuin hän saapui väitöskirjan aiheeseen, Hawking kertoi olevansa turhautunut tapaan, jolla tutkijat varautuivat työhön, jota hän piti lopulta triviaaliseksi.
"Ihmiset olivat niin tyytyväisiä löytääkseen ratkaisun kenttäyhtälöihin; he eivät kysyneet, millainen fyysinen merkitys sillä oli," hän sanoi myöhemmin vuoden 2002 syntymäpäivän luennossaan.
Tämä turhautuminen johti hänet tunnetulla tavalla ensimmäiseen harjaansa. Kun Ferguson kertoi, Hawking matkusti kesäkuussa 1964 kuullaan luento Fred Hoyleltä, kuuluisalta tähtitieteilijältä ja vakaan tilan maailmankaikkeuden teorian puolustajalta. Luennon aikana Hawking tuli niin turhautuneeksi, että hän veti itsensä jaloilleen nojaten sokeriruo'olleen haastaakseen yhden Hoylen tuloksista.
"Hämmästynyt Hoyle kysyi Hawkingilta, kuinka hän pystyi arvioimaan tuloksen oikean vai väärän", Ferguson kirjoitti. "Hawking vastasi olevansa" työskennellyt sen "."
Tämän tuntemattoman jatko-opiskelijan, joka oli ilmeisesti revitty professorin tutkimuksen päähänsä luennossa, yleisö oli vaikuttunut, ja Hoyle oli "raivoissaan", Ferguson kirjoitti. (Itse asiassa Hawking oli ystävystynyt yhdestä Hoylen opiskelijoista ja alkanut hyökätä ajatukseen kauan ennen luentoa.)
Pian myöhemmin, Ferguson kirjoitti, Hawking oppi matemaatikon Roger Penrose: n kehittämästä kosmologisesta teoriasta: että singulaarisuudet, äärettömän tiheyden ja avaruus-ajan kaarevuuspisteet, jotka on teoreetisoitu yleiseen suhteellisuusteoriaan, saattavat tosiasiassa ilmestyä, kun riittävän suuret tähdet romahtavat itsensä päälle.
"Hawking lähti sieltä," Ferguson kirjoitti, "käänsi ajan suunnan ja pohti, mitä tapahtuisi, jos äärettömän tiheyden piste ja äärettömä tila-ajan kaarevuus - singulaarisuus - räjähtää ulospäin ja laajentua. Oletetaan, että maailmankaikkeus alkoi kuin Oletetaan, että avaruus-aika, joka on kiertynyt tiukasti pieneen, ulottumattomaan kohtaan, räjähti niin kutsuttuun suureen räjähdykseen ja laajeni, kunnes se näyttää nykymuodoltaan. Voisiko se olla tapahtunut? On pakko se on tapahtunut niin? "
Hawking pääsi töihin tukemalla spekulointijuntaansa tukevilla laskelmilla. Hänen väitöskirjansa, joka perustuu näihin laskelmiin, hyväksyttiin vuonna 1966. Nämä laskelmat yhdessä seurantatutkimuksen kanssa, joka tehtiin yhteistyössä Penroseen seuraavan vuosikymmenen aikana, muodostivat perustan tutkijoiden nykyaikaiselle käsitykselle suuresta räjähdyksestä.
Samanaikaisesti tietyt vakaan tilan maailmankaikkeuden teoriaa koskevat keskeiset ennusteet alkoivat epäonnistua kokeellisissa kokeissa, vahvistaen Hawkingin tilan varhaisen maailmankaikkeuden todellisen historian löytäjänä.
Mustareiän räjähdykset?
Jos Hawkingin ainoa saavutus urallaan olisi maailmankaikkeuden historiallisen muodon löytäminen, hän olisi silti jättiläinen - sellainen henkilö, jota mainitaan Rosalind Franklinin rinnalla, joka löysi DNA: n kaksoiskierukkamuodon, tai Nicolaus Copernicuksen, joka ehdotti ensimmäistä kertaa aurinkokunnan malli aurinkokunnan. Mutta se oli vain ensimmäinen Hawkingin kahdesta määrittelevästä saavutuksesta.
Toinen, Hawkingin säteily, vaatii hiukan ymmärtämistä kahdesta asiasta: mustista reikistä ja tyhjän tilan kvantimekaniikasta.
Ensinnäkin, mustista reikistä: Musta reikä on tähti, joka on romahtanut itsestään ja muuttunut niin painovoimaisesti voimakkaana, ettei edes valo pääse pakenemaan alueelta, joka sijaitsee sen keskustassa. Sen pisteen, jota kutsutaan tapahtumahorisontiksi, tila-aika on niin kaareva, että kaikki, joka jää kuoren taakse, katoaa ikuisesti. Tämän aukon mukaan 1970-luvun alkupuolella musta aukko ei koskaan säteile valoa, ei koskaan kutistu eikä koskaan menetä massaa; se vain saa massaa ja vie enemmän tilaa varjostetulle alueelleen.
Toiseksi kvantimekaniikasta: Hawkingin uran aikaan tiedemiehet olivat jo kauan tienneet, että Heisenbergin epävarmuuden alkuluokka merkitsi, että tyhjä tila ei oikeastaan ole tyhjä. Sen sijaan se kiertää "virtuaalisten" hiukkasten - aine-antimateria-parien kanssa, jotka ilmestyvät yhdessä, erottuvat ja sitten törmäävät toisiinsa ja tuhoutuvat liian lyhyessä ajassa mittaamiseksi. (Tutkijat väittävät tähän päivään asti, ovatko kyseiset virtuaalihiukkaset todella olemassa vai esiintyvätkö ne vain kvanttiyhtälöissä omituisen, todennäköisyytensä vuoksi.)
Loppuvuodesta 1973 Stephen ja Jane Hawking osallistuivat luentosarjaan Varsovassa, Puolassa, viettäen Copernicuksen 500. syntymäpäivää, Ferguson kirjoitti. Siellä Hawking kohtasi kahta Neuvostoliiton fyysikkoa, Yakov Borisovich Zel'dovichia ja hänen opiskelijaansa Aleksei Aleksandrovich Starobinskya, jotka olivat osoittaneet, että mustien reikien kehruu tuottaa hiukkasia heti tapahtumahorisontin ulkopuolelle. Nuo hiukkaset hoitaisivat avaruuteen, Zel'dovich ja Starobinsky kertoivat luennossaan, tyhjennäen osan mustan aukon spinistä heille mennessä. Lopulta Zel'dovich ja Starobinsky sanoivat, että mustat aukot lopettaisivat pyörimisen.
Idea oli juuttunut Hawkingin päähän, Ferguson kirjoitti, ja hän palasi Cambridgeen toistamaan ja tarkentamaan Zel'dovichin ja Starobinksyn laskelmia. Mutta kun hän otti ensimmäiset pistot heidän tuloksissaan, jotain uutta aukesi.
"Huomasin yllätyksekseni ja ärsytykseni, että jopa pyörimättömien mustien reikien pitäisi ilmeisesti luoda ja emittoida hiukkasia tasaisella nopeudella", hän kirjoitti myöhemmin vuonna 1988 kirjassaan "Lyhyt historia ajasta".
Tästä syystä, kuten hän selitti kirjassa:
Jos avaruudessa on mustia aukkoja ja niillä on määritelty tapahtumahorisontti, ja jos avaruus kiertää jatkuvasti virtuaalisten "itsensä tuhoavien hiukkasten" parien kanssa, niin joskus näiden hiukkasten on ilmestyvä olemassaoloon suoraan mustien aukkojen tapahtumahorisontin reunoilla. Itse asiassa jotkut näistä hiukkasparista on näytettävä täydellisesti siten, että yksi negatiivisen massan antimateriaalihiukkas on erotettu tapahtumahorisontin yhdelle puolelle ja toinen positiivisen massan ainepartikkeli toiselle puolelle.
Tuo outo olosuhde "lisäisi" hiukkasia tehokkaasti virtuaalisesta puolielisyydestään täydelliseen todellisuuteen, Hawking tajusi, koska ne olisivat erottuneet tarpeeksi tuhotakseen. Tämä tarkoitti, että energian ja massan hiukkaset näyttävät virtaavan mustien reikien tapahtumahorisontin pinnalta. Ja se energiavirta, joka säteili ulospäin siitä, mitä fyysikot olivat aiemmin uskoneet olevan ikuisesti tummia, saivat nimensä Hawkingin säteily, kun hän kuvasi sitä vuonna 1974 Nature -julkaisussa, jonka otsikko oli "Musta reikä räjähdykset?"
Hawking-säteily muutti perusteellisesti tapaa, jolla fyysikot ymmärsivät maailmankaikkeuden. Ennen Hawkingin havaintoa tiedemiehet uskoivat, että kaikki mustalle aukolle menetetty aine tai energia oli poistunut ikuisesti laajemmasta maailmankaikkeudesta niin, että mustien aukkojen tapahtumahorisontit toimivat seinäinä, joiden ulkopuolelta jotkut maailmankaikkeuden tavarat eivät koskaan palaa.
Mutta Hawkingin löytö osoitti, että mustat aukot rappeutuvat yhä nopeammin ajan myötä. Kullekin positiiviselle hiukkaselle, joka virtautui tapahtumahorisontin pinnalta ulos laajempaan universumiin, negatiivinen hiukkanen, jolla on negatiivinen energia ja massa, putoaa takaisin tapahtumahorisontin ulkopuolelle olevaan tilaan, vähentäen siellä lukittunutta kokonaismassaa ja energiaa. Ajan myötä prosessi aiheuttaisi mustien reikien kutistumisen. Ja kun ne pienenivät, ne aktivoituvat Hawkingin säteilyllä ja kutistuvat nopeammin.
Hawking ennusti, että maailmankaikkeuden on sisällettävä "alkuperäisiä mustia aukkoja", jotka eivät syntyneet romahtavien tähteiden vaan varhaisen maailmankaikkeuden äärimmäisistä paineista. Hänen mukaan nämä mustat aukot olisivat kutistuneet huomattavasti miljardien vuosien kuluessa, ja heidän pienet tapahtumahorisontinsa saisivat aikaan voimakkaat Hawking-säteilyn säteet.
"Tällaisia reikiä tuskin ansainnut musta: he ovat todella valkoinen kuuma", hän kirjoitti" Lyhyessä historian historiassa ".
Lopulta Hawking päätti, että he räjähtivät.
Kun Hawking alkoi jakaa tätä ajatusta, Ferguson kirjoitti artikkelissa "Unfettered Mind", hänen ikäisensä saivat sen joko loistavaksi tai harhaoppiseksi. Kun Penrose kuuli siitä kuiskauksia, hän soitti Hawkingille juuri kun fyysikko istui 1974 syntymäpäivän päivälliselle ja onnitteli häntä niin kauan, että päivällinen kylmähti. Mutta kuukausia myöhemmin, symposiumin moderaattori, jossa Hawking esitti ehdotuksensa, nousi julistamaan sen "täydelliseksi roskaksi".
Nykyään sitä pidetään tieteellisenä perustana.
Mustien reikien ulkopuolella
Neljän ja puoli vuosikymmenen jälkeen "Black Hole Explosions?" Hawking on jatkanut julkaisua tutkimuksesta, joka poistuu maailmankaikkeuden perusteista - mukaan lukien ideat, jotka hyökkäävät hänen aikaisempaan tutkimukseensa. (Katso esimerkiksi vuoden 2014 hätkähdyttävä otsikko Naturessa, "Stephen Hawking: Ei ole mustia reikiä".)
Hawkingista on tullut tunnetuin myöhemmässä tiedekommunikaattoriuransa. Hän on seurannut hänen vuoden 1988 klassista "Lyhyt historian historiaa" yhdellä kymmenellä suositulla teoksella ja muistelmalla, jonka otsikko on "Lyhyt historia" (Random House, 2013).
On mahdotonta puhua Hawkingin valtavasta panoksesta ihmisen ymmärtämiseen maailmankaikkeudesta tunnustamatta hänen kauan heikentyvän terveytensä kontekstia. Hawkingin kaksi tärkeätä panosta fysiikkaan tulivat samana ajanjaksona, jolloin hän muuttui nuoresta, joka pystyi kävelemään yksin, mieheksi, joka oli rajattu pyörätuoliin, hiukan puhetta ja luottaa vaimoonsa, että hän kirjoitti ajatuksiaan. .
ALS halvauttaa kehon, mutta - ainakin Hawkingin tapauksessa - se ei vahingoita mieltä. Ja siitä Ferguson kirjoitti, että Hawking on jo pitkään pitänyt itseään "erittäin onnekkaana".
"Se oli totta vuonna 1964, ja se on nykyäänkin," Ferguson kirjoitti, "mitä Hawkingin suhteen sitä vähemmän tehdään hänen fyysisistä ongelmistaan, sitä parempaa. Tunsin vuonna 1989, kun haastattelin hänen ensimmäistä kirjaansa hänestä, että jos kirjoittaisin hänen tieteellisestä työstään enkä mainitse täysin, että tällaisen työn tekeminen merkitsi hänelle mahdollisesti enemmän saavutusta kuin useimmille ihmisille, se olisi sopinut hänelle hienosti. "
Hawking on osoittautunut mukavimmaksi keskustelemaan vammaisuudesta hänen aktivisminsa yhteydessä, joka on ollut merkittävä. Vuonna 1999 hän liittyi 12 kuuluisan ryhmän joukkoon, mukaan lukien eteläafrikkalainen aktivisti Desmond Tutu, allekirjoittamalla peruskirjan, jossa kehotettiin maailman hallituksia muuttamaan suhteitaan vammaisiin väestöryhmiin ja laajentamaan palveluja, jotka parantavat vammaisten elämää.
Hawking on myös ollut merkittävä yleisen terveydenhuollon ja Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisen terveyspalvelun (NHS) puolustaja, joka menee niin pitkälle, että hyökkäsi konservatiivipuolueen terveysministeri Jeremy Huntille elokuun 2017 puheessa ohjelman riittämättömän rahoituksen ja tuen vuoksi.
"En olisi täällä ilman NHS: ää", Hawking sanoi.
Hawkingilla on taipumus saada eniten huomiota ideoihinsa ihmiskunnan tulevaisuudesta kommentoidessaan tekoälyä tai muukalaisia. Mutta suurin osa hänen lausunnoistaan aiheesta on ollut enemmän maanläheistä: sodan vastustaminen, huolestuminen siitä, että Yhdysvaltain presidentin Donald Trumpin irtisanominen ilmastomuutoksesta voisi vahingoittaa planeettaa, ja liittyminen Israelin maailmanlaajuiseen akateemiseen boikottiin.
Live Science toivottaa Hawkingille erittäin hyvää syntymäpäivää ja monia muita.
