Fizikui Stephenui Hawkingui, kuris apvyniojo visatą ir nugriebė padidintas daleles iš karštų juodųjų skylių ribinių sričių, šiandien sukanka 76 metai.
Be to, kad Hawkingas yra visame pasaulyje žinomas kosmologas, jis tapo ir popkultūros ikona. Jis yra ryškus veikėjas: genijus, susuktas kūne, daugiausiai imobilizuotas dėl amiotrofinės šoninės sklerozės arba ALS. Jis palaiko pažangų neįgaliųjų vežimėlį ir bendrauja su pasauliu per retą ir specializuotą sistemą, kuri paverčia vieno skruosto raumens judesius į kalbą. Tuo režimu jis pasirodė filmuose „Žvaigždžių kelias: kita karta“, „Simpsonai“ ir „Didžiojo sprogimo teorija“.
Tačiau ilgalaikis Hawkingo palikimas bus svarbiausias XX amžiaus antrosios pusės fizikas - tyrinėtojas, kuris paėmė ankstesnius figūrų, tokių kaip Albertas Einsteinas ir Werneris Heisenbergas, darbus ir sujungė juos į kažką, siekdamas nuoseklaus paaiškinimo, kodėl kosmosas.
"Mūsų praeityje yra išskirtinumo"
Nei viena gera genijaus istorija prasideda ne kuo mažiau, nei sprogimu, todėl tikslinga, kad pirmasis didelis Hawkingo pasiekimas buvo ir jo doktorantūros darbas Kembridžo universitete.
1966 m. Patvirtinta Hawkingo disertacija pateikė dramatišką argumentą: kad visa visata prasidėjo kaip vienas taškas, be galo maža, tanki ir susisukusi į save - taškas visko pradžioje. Arba, kaip jis vėliau rašys, lakoniškai: „Mūsų praeityje yra išskirtinumo“.
Tai buvo pirmasis šiandien dažniausiai suprantamo Didžiojo sprogimo aprašymas: be galo mažas taškas tolimoje laiko ribose, kuris įsiveržė į mūsų šiuolaikinį, vis besiplečiančią kosmosą.
Kaip Hawkingas aprašė savo 2005 m. Paskaitoje „Visatos kilmė“, jo disertacija atsirado tuo metu, kai mokslininkai pamatė, kad plečiasi didžiuliai tušti kosmoso plotai, plyšiai tarp galaktikų. Bet jie nebuvo tikri, kodėl. Kai kurie fizikai pasiūlė silpnesnes Didžiojo sprogimo koncepcijos versijas atėmus išskirtinumą. Tačiau vyravo kita teorija, vadinama Pastovios būklės visata.
"Kai galaktikos išsiskyrė, - teigė Hawkingas iš Pastoviosios būklės Visatos, - mintis buvo tokia, kad naujos galaktikos susidarys iš materijos, kuri turėjo būti nuolat kuriama visoje kosmose. Visata būtų egzistavusi amžinai ir būtų panaši į visą laiką “.
Kitaip tariant, daugelis mokslininkų manė, kad Visata plečiasi, tačiau taip, kad jai nebuvo nei pradžios, nei pabaigos.
Kaip biografė Kitty Ferguson rašė savo knygoje „Stephenas Hawkingas: nevaržomas protas“ (Šv. Martino grifas, 2012 m.), Hawkingas kovojo su depresija mėnesiais po 1963 m. ALS diagnozės nustatymo, būdamas 21 metų, ir jei ši psichinė liga neišnyko, jis gali niekada neatvyko į savo tezę. Tačiau jo depresija išnyko, kai tapo aišku, kad jis viršijo lūkesčius ir kai jam buvo suteikta išimtis iš Kembridžo taisyklių, reglamentuojančių magistrantus, leidžiančius jam tuoktis su savo pirmąja žmona Jane Wilde, pasak Fergusono.
Tuo laikotarpiu prieš atvykstant į daktaro disertacijos temą, Hawkingas pranešė, kad jaučiasi nusivylęs tuo, kaip tyrėjai užsiėmė darbu, kuris, jo manymu, buvo nereikšmingas.
"Žmonės taip džiaugėsi radę bet kokį lauko lygčių sprendimą; jie neklausė, kokią fizinę reikšmę ji turi, jei tokią turi", - vėliau sakė jis savo 2002-ųjų gimtadienio paskaitoje.
Tas nusivylimas jį privertė prie savo pirmojo teptuko pagarsėti. Kaip pasakojo Fergusonas, Hawkingas 1964 m. Birželio mėn. Išvyko išklausyti garsaus astronomo ir Steady State Universe teorijos šalininko Fredo Hoyle'o paskaitos. Paskaitos metu Hawkingas taip nusivylė, kad, atsirėmęs į savo skėtį, atsistojo ant kojų ir ginčijo vieną iš Hoyle'o rezultatų.
„Nustebęs Hoyle'as paklausė Hawkingo, kaip jis galėjo įvertinti, ar rezultatas buvo teisingas, ar neteisingas“, - rašė Fergusonas. "Hawkingas atsakė, kad" tai parengė ".
Fergusonas rašė, kad auditorija buvo sužavėta, o Hoyle'ą „sujaudino“ šis nežinomas abiturientas, kuris, atrodo, per paskaitą nuplėšė profesoriaus tyrimus. (Tiesą sakant, Hawkingas susidraugavo su vienu iš Hoyle'io studentų ir pradėjo pulti mintį dar prieš paskaitą.)
Netrukus Fergusonas rašė, kad Hawkingas sužinojo apie matematiko Rogerio Penrose'o sukurtą kosmologinę teoriją: kad išskirtinumai, bendrojo reliatyvumo teorijos begalybės tankio ir erdvės-laiko kreivės taškai, iš tikrųjų gali atsirasti, kai ant savęs griūva pakankamai didelės žvaigždės.
„Hawkingas pakilo iš ten, - rašė Fergusonas, - pakeitė laiko kryptį ir svarstė, kas nutiktų, jei begalybės tankio taškas ir begalinis erdvės-laiko kreivumas - išskirtinumas - sprogtų į išorę ir išsiplėstų. Tarkime, kad Visata prasidėjo taip, kaip Tarkime, erdvės laikas, susuktas į mažą, be matmens tašką, sprogo vadinamuoju Didžiuoju sprogimu ir išsiplėtė, kol atrodys taip, kaip jis veikia šiandien. Ar galėjo nutikti taip? Privalu tai nutiko taip?
Hawkingas įsidarbino ir savo spekuliacijų traukinį pagrindė patikimais pagalbiniais skaičiavimais. Jo daktaro disertacija, paremta šiais skaičiavimais, buvo patvirtinta 1966 m. Šie skaičiavimai kartu su tolesniais tyrimais, atliktais bendradarbiaujant su Penrose per pastarąjį dešimtmetį, sudarė pagrindą mokslininkų šiuolaikiniam supratimui apie Didįjį sprogimą.
Maždaug tuo pačiu metu tam tikri pagrindiniai Pastovios būklės Visatos teorijos numatymai pradėjo nepavykti atlikti eksperimentinius bandymus, patvirtinančius Hawkingo, kaip tikrosios ankstyvosios visatos istorijos atradėjo, statusą.
Sprogimai juodosios skylės?
Jei vienintelis Hawkingo pasiekimas per savo karjerą būtų atrasti istorinę visatos formą, jis vis tiek būtų milžinas - toks asmuo, kuris minimas kartu su Rosalindu Franklinu, kuris atrado dvigubos spiralės DNR formą, arba Nikolajus Kopernikas, kuris pirmą kartą pasiūlė heliocentrinis saulės sistemos modelis. Bet tai buvo tik pirmasis iš dviejų Hawkingo pasiekimų.
Antrasis, Hawkingo radiacija, reikalauja šiek tiek suprasti du dalykus: juodąsias skylutes ir tuščiosios erdvės kvantinę mechaniką.
Pirma, apie juodąsias skyles: Juodoji skylė yra žvaigždė, kuri sugriuvo pati ir pasidarė tokia gravitaciškai stipri, kad net šviesa negali ištrūkti iš regiono aplink jos centrą. Už taško, vadinamo įvykio horizontu, erdvės laikas yra toks išlenktas, kad viskas, kas atsilieka nuo gaubto, prarandama amžiams. Juodoji skylė, remiantis tokiu supratimu aštuntojo dešimtmečio pradžioje, niekada neišmeta šviesos, niekada nesitraukia ir niekada nepraranda masės; jis tik įgyja masę ir pritraukia daugiau vietos į savo uždengtą teritoriją.
Antra, apie kvantinę mechaniką: Hawkingo karjeros metu mokslininkai jau seniai žinojo, kad Heisenbergo neapibrėžtumo pradžia reiškia, kad tuščia vieta nėra tuščia. Vietoj to, jis sukasi su „virtualiomis“ dalelėmis - materijos ir antimaterio poromis, kurios atsiranda kartu, atsiskiria, o paskui susitvarko viena su kita ir sunaikinamos per trumpą laiką, kad būtų galima išmatuoti. (Mokslininkai iki šiol ginčijasi, ar tos virtualios dalelės iš tikrųjų egzistuoja, ar dėl keisto, tikimybinio pobūdžio jos atsiranda tik kvantinėse lygtyse.)
1973 m. Vasaros pabaigoje Steponas ir Jane Hawking dalyvavo paskaitų cikle Varšuvoje, Lenkijoje, švęsdami Koperniko 500-ąjį gimtadienį, rašė Fergusonas. Ten Hawkingas susidūrė su dviem sovietų fizikais Jakovu Borisovičiumi Zel'dovičiumi ir jo studentu Aleksejumi Aleksandrovičiumi Starobinskiu, kurie parodė, kad judančių skylių verpimo energija sukels daleles visai šalia jų įvykių horizonto. Tos dalelės bus išvežtos į kosmosą, - savo paskaitoje teigė Zel'dovičius ir Starobinsky, praleisdami dalį juodosios skylės nugaros. Galiausiai, pasak Zel'dovič ir Starobinsky, juodosios skylės nustos suktis.
Idėja įstrigo Hawkingo galvoje, rašė Fergusonas ir jis grįžo į Kembridžą pakartoti ir patikslinti Zel'dovič ir Starobinksy skaičiavimus. Bet kai jis ėmėsi pirmųjų jų rezultatų stabdžių, atsiskleidė kažkas naujo.
„Savo nuostabai ir susierzinimui radau, kad net ne rotuojančios juodosios skylės, matyt, turėtų sukurti ir skleisti daleles pastoviu greičiu“, - vėliau jis rašė savo 1988 m. Knygoje „Trumpa laiko istorija“.
Štai kodėl, kaip jis paaiškino toje knygoje:
Jei kosmose yra juodųjų skylių ir jos turi apibrėžtą įvykių horizontą, o jei kosmosas nuolat sukasi kartu su virtualiomis „savaime sunaikinamų dalelių poromis, tai kartais tos dalelės turi atsidurti ties juodųjų skylių įvykių horizonto pakraščiais. Tiesą sakant, kai kurios Šių dalelių poros turi būti nepriekaištingai išdėstytos, kai viena neigiamos masės antimaterio dalelė yra atskirtos vienoje įvykio horizonto pusėje, o kita - teigiamos masės dalelių dalelėse, atskirtose kitoje pusėje.
Ši keista aplinkybė veiksmingai „padidins“ daleles nuo jų virtualios pusinės egzistencijos į visišką tikrovę, suprato Hawkingas, nes jos būtų pakankamai atsiskyrusios, kad nesunaikintų. Tai reiškė, kad energijos ir masės dalelės gali tekėti iš juodųjų skylių įvykių horizonto paviršiaus. Ir tas energijos srautas, spinduliuojantis išorėje iš to, kas anksčiau buvo manę, kad fizikai yra amžinai tamsūs kūnai, pavadino Hawkingo radiacija, po to, kai jis tai aprašė 1974 m. „Nature“ publikacijoje pavadinimu „Juodųjų skylių sprogimai?“.
Hawkingo radiacija iš esmės pakeitė fizikų supratimą apie Visatą. Prieš suvokdami Hawkingą, mokslininkai manė, kad bet kokia juodosios skylės prarasta medžiaga ar energija amžiams dingo iš platesnės visatos, kad juodųjų skylių įvykių horizontas veiktų kaip sienos, už kurių ribų kai kurie visatos daiktai niekada negrįžtų.
Tačiau Hawkingo atradimas parodė, kad laikui bėgant juodosios skylės greičiau ir greičiau nyks. Kiekvienai teigiamam daleliui, kuris srautas iš įvykio horizonto paviršiaus pateko į platesnę visatą, neigiama dalelė, turinti neigiamą energiją ir masę, pateks atgal į erdvę už įvykio horizonto, sumažindama visą ten užfiksuotą masę ir energiją. Laikui bėgant dėl to juodosios skylės sumažės. O mažėjant, jie taps aktyvesni su Hawkingo radiacija ir greičiau susitrauktų.
Hawkingas numatė, kad visatoje turi būti „pirmykštės juodosios skylės“, atsirandančios ne dėl griūvančių žvaigždžių, bet dėl ypatingo ankstyvojo Visatos slėgio. Anot jo, šios juodosios skylės per milijardus metų būtų smarkiai susitraukusios, o jų nedidelis įvykių horizontas išnaikintų galingus Hawkingo radiacijos spindulius.
„Tokios skylės vargu ar nusipelnė juoda: jie tikrai yra Baltas karštas“, - rašė„ Trumpa laiko istorija “.
Galiausiai, Hawkingas nusprendė, jie sprogs.
Kai Hawkingas ėmė dalintis šia idėja, Fergusonas parašė „Nevaržytinoje mintyje“, jo bendraamžiai ją įvertino kaip nuostabią ar eretišką. Kai Penrose išgirdo šnabždesį, jis paskambino Hawkingui tuo metu, kai fizikas sėdėjo prie savo 1974 m. Gimtadienio vakarienės ir sveikino jį taip ilgai, kad jo vakarienė atvėso. Tačiau po mėnesių simpoziumo, kuriame Hawkingas pateikė savo pasiūlymą, moderatorius pakilo paskelbti jį „visiškomis šiukšlėmis“.
Šiandien jis laikomas pagrindiniu moksliniu faktu.
Už juodųjų skylių
Per keturis su puse dešimtmečio nuo „Juodosios skylės sprogimų?“ Hawkingas ir toliau skelbė tyrimus, kuriuose aprašomi visatos pagrindai, įskaitant idėjas, puolančias jo paties ankstesnius indus. (Žr., Pavyzdžiui, stulbinančią 2014 m. Antraštę „Nature“, „Stephenas Hawkingas: nėra juodų skylių“.)
Hawkingas labiausiai išgarsėjo per vėlesnę mokslo komunikatoriaus karjerą. Jis tęsė savo 1988 m. Klasiką „Trumpa laiko istorija“ su dar 10 populiaraus mokslo kūrinių ir atsiminimu pavadinimu „Mano trumpa istorija“ („Random House“, 2013).
Neįmanoma kalbėti apie didžiulį Hawkingo indėlį į žmogaus supratimą apie Visatą, nepripažįstant jo ilgai blogėjančios sveikatos konteksto. Du Hawkingo pagrindiniai įnašai į fiziką atėjo tuo pačiu laikotarpiu, kai jis iš jauno žmogaus, kuris galėjo savarankiškai vaikščioti, virsta vyru, kuris buvo tik neįgaliojo vežimėlyje, nutylėjo kalbą ir pasitikėjo žmona, kad perrašytų savo mintis. .
ALS paralyžiuoja kūną, tačiau - bent jau Hawkingo atveju - jis nepažeidžia proto. Ir už tai, rašė Fergusonas, Hawkingas ilgą laiką save laikė „ypač laimingu“.
"Tai buvo tiesa 1964 m., Ir šiandien, - rašo Fergusonas, - kiek tai susiję su Hawkingu, tuo mažiau padaryta iš jo fizinių problemų, tuo geriau. Aš tai pripažinau 1989 m., Kalbėdamas apie savo pirmąją knygą apie jį, kad jei aš rašyčiau apie jo mokslinį darbą ir visiškai neminėsiu, kad tokio darbo atlikimas jam galbūt buvo daugiau pasiekimas nei daugumai žmonių, tai jam būtų buvę gerai “.
Hawkingas pasirodė pats patogiausias diskutuodamas apie negalią savo aktyvizmo kontekste, kuris buvo reikšmingas. 1999 m. Jis prisijungė prie 12 garsių asmenų grupės, įskaitant Pietų Afrikos aktyvistą Desmondą Tutu, pasirašydamas chartiją, raginančią pasaulio vyriausybes pakeisti savo santykius su savo neįgaliaisiais gyventojais ir plėsti paslaugas, gerinančias žmonių su negalia gyvenimą.
Hawkingas taip pat buvo žymus visuotinės sveikatos priežiūros ir Jungtinės Karalystės nacionalinės sveikatos tarnybos (NHS) gynėjas, eidamas tiek, kad 2017 m. Rugpjūčio mėn. Kalboje užpultų konservatorių partijos sveikatos sekretorių Jeremy Huntą dėl nepakankamo programos finansavimo ir palaikymo.
„Nebūčiau čia be NHS“, - teigė Hawkingas.
Kai Hawkingas komentuoja dirbtinį intelektą ar ateivius, Hawkingas dažniausiai sulaukia daugiausiai dėmesio savo idėjoms apie žmonijos ateitį. Tačiau didžioji dalis jo pasisakymų šia tema buvo labiau žemiški: priešinamasi karams, nerimaujant, kad JAV prezidento Donaldo Trumpo atmetimas dėl klimato pokyčių gali pakenkti planetai, ir prisijungimas prie visuotinio akademinio Izraelio boikoto.
„Live Science“ linki Hawkingui labai laimingo gimtadienio ir dar daugelio kitų.
