Füüsik Stephen Hawking, kes kõndis ümber universumi ja lõi võimendatud osakesed mustade aukude kuumast piirkonnast, saab täna 76-aastaseks (8. jaanuar).
Lisaks sellele, et Hawking on ülemaailmselt tuntud kosmoloog, on sellest saanud ka popkultuuri ikoon. Ta on silmatorkav kuju: geenius, mis on kokku keeratud amüotroofse lateraalskleroosi ehk ALS-i poolt immobiliseeritud kehas. Teda toetab arenenud ratastool ja ta suhtleb kogu maailmas haruldase ja spetsialiseeritud süsteemi kaudu, mis muudab põses oleva ühe lihase liigutused kõneks. Selles režiimis esines ta filmides "Star Trek: järgmine põlvkond", "Simpsonid" ja "Suure paugu teooria".
Kuid Hawkingi kõige püsivam pärand saab olema 20. sajandi teise poole kõige olulisem füüsik - teadlane, kes võttis varasemate figuuride teoseid, nagu Albert Einstein ja Werner Heisenberg, ning lõi need kokku millekski, mis lähenes sidusatele seikadele nende käitumisele. kosmos.
"Meie minevikus on eripära"
Ükski hea geeniuse lugu ei alga millegi muuga kui pauguga, seega on kohane, et Hawkingi esimene suur saavutus oli ka tema doktoritöö Cambridge'i ülikoolis.
Hawkingi väitekiri, mis kiideti heaks 1966. aastal, esitas dramaatilise argumendi: see, et kogu universum sai alguse ühest punktist, lõpmata väikesest, tihedast ja enda ümber keerdunud punktist - kõige algusest. Või nagu ta hiljem kirjutaks, lühidalt: "Meie minevikus on ainulaadsust."
See oli esimene Suure Paugu esimene kirjeldus, nagu seda tänapäeval üldiselt mõistetakse: lõpmatuseni väike punkt aja kaugemates kohtades, mis tungis meie tänapäevasse, pidevalt laieneva kosmose juurde.
Nagu Hawking kirjeldas oma 2005. aasta loengus "Universumi päritolu", jõudis tema väitekiri kätte hetkel, kui teadlased olid näinud, et kosmose tohutud tühjad käed, galaktikate vahelised lõhed laienevad. Kuid nad polnud kindlad, miks. Mõned füüsikud pakkusid välja Suure Paugu kontseptsiooni nõrgemad versioonid, millest on lahus singulaarsus. Kuid domineeris veel üks teooria, mida nimetatakse püsiseisundi universumiks.
"Kui galaktikad eraldusid," ütles Hawking Püsiseisundi Universumist, "mõte oli, et uued galaktikad moodustuvad ainest, mida pidi kogu kosmoses pidevalt looma. Universum oleks eksisteerinud igavesti ja oleks sama välja näinud. kogu aeg. "
Teisisõnu arvasid paljud teadlased, et universum laieneb, kuid viisil, mis ei andnud sellele algust ega lõppu.
Nagu biograaf Kitty Ferguson kirjutas oma raamatus "Stephen Hawking: piiramatu mõistus" (St. Martini griffin, 2012), võitles Hawking depressiooniga kuudel pärast tema 1963. aasta ALS-diagnoosi 21-aastaselt ja kui see vaimuhaigus püsis, võib ta pole kunagi oma väitekirja jõudnud. Kuid tema depressioon vaibus, kuna sai selgeks, et ta ületas ootusi ja kui talle tehti erand Cambridge'i kraadiõppureid reguleerivatest reeglitest, mis võimaldas tal Fergusoni sõnul abielluda oma esimese naise Jane Wildega.
Sel perioodil enne doktoritöö juurde jõudmist teatas Hawking, et tundis end pettununa viisist, kuidas teadlased tegelesid tööga, mida ta pidas lõpuks triviaalseks.
"Inimestel oli nii hea meel leida lahendus väljaväljade võrranditele; nad ei küsinud, milline on selle füüsiline tähtsus, kui see üldse olemas on," rääkis ta hiljem oma 2002. aasta sünnipäevaloengus.
See pettumus viis ta kurikuulsusega oma esimese harja juurde. Nagu Ferguson jutustas, reisis Hawking 1964. aasta juunis kuulsa astronoomi ja Steady State Universumi teooria pooldaja Fred Hoyle'i loengut kuulama. Loengu ajal sai Hawking nii pettunud, et vedas end kangile toetudes jalule, et vaidlustada üht Hoyle'i tulemust.
"Üllatunud Hoyle küsis Hawkingilt, kuidas ta saaks hinnata, kas tulemus oli õige või vale," kirjutas Ferguson. "Hawking vastas, et ta on selle välja töötanud."
Ferguson kirjutas, et see tundmatu kraadiõppur avaldas publikule muljet ja Hoyle oli "vihastunud", kuna ta tundis, et see lõikas professori teadusuuringud peas lahti. (Tegelikult oli Hawking ühe Hoyle'i õpilasega sõbraks võtnud ja asus ideed ründama juba ammu enne loengut.)
Varsti pärast seda, kui Ferguson kirjutas, sai Hawking teada matemaatiku Roger Penrose'i välja töötatud kosmoloogilisest teooriast: et singulaarsused, üldises relatiivsusteoorias teoreeritud lõpmatu tiheduse ja ruumi-aja kõveruse punktid võivad tegelikult ilmneda siis, kui piisavalt suured tähed iseenesest kokku kukuvad.
"Hawking asus sealt minema," kirjutas Ferguson, "pöördas aja suuna ümber ja mõtles, mis juhtuks, kui ruumi-aja lõpmatu tiheduse ja lõpmatu kõveruse punkt - singulaarsus - plahvataks väljapoole ja laieneks. Oletame, et universum algas nagu Oletame, et aeg-aeg, mis on tihedalt keerdunud väiksesse, mõõtmeteta punkti, plahvatas selles, mida me nimetame Suureks Pauguks, ja laienes, kuni see näeb välja selline, nagu tänapäeval. Kas see on juhtunud? Peab see on juhtunud niimoodi? "
Hawking asus tööle, toetades oma spekulatsioonide rongit tugevate toetavate kalkulatsioonidega. Tema arvutustel põhinev doktoritöö kiideti heaks 1966. aastal. Need arvutused koos järgneva kümnendi jooksul koostöös Penrosega läbi viidud järeluuringutega moodustasid aluse teadlaste tänapäevasele arusaamisele Suurest Paugust.
Umbes samal ajal hakkasid püsiseisundi universumi teooria teatud võtmeprognoosid katsetes ebaõnnestuma, kinnistades Hawkingi staatuse varajase universumi tegeliku ajaloo avastajana.
Musta augu plahvatused?
Kui Hawkingi ainus saavutus tema karjääris oleks universumi ajaloolise kuju avastamine, oleks ta ikkagi hiiglane - selline inimene, keda mainitakse DNA topelt-spiraalse kuju avastanud Rosalind Franklini kõrval, või Nicolaus Copernicus, kes pakkus esmakordselt välja Päikesesüsteemi heliotsentriline mudel. Kuid see oli alles esimene Hawkingi kahest määravast saavutusest.
Teine, Hawkingi kiirgus, nõuab natuke kahe asja mõistmist: mustad augud ja tühja ruumi kvantmehaanika.
Esiteks, mustade aukude kohta: must auk on täht, mis on iseenesest kokku kukkunud ja muutunud nii gravitatsiooniliselt intensiivseks, et isegi valgus ei pääse keskmest ümbritsevast piirkonnast. Sellest punktist kaugemal, mida nimetatakse sündmushorisondiks, on ruumi-aeg nii kõver, et kõik, mis varju jääb, kaob igaveseks. Must auk, vastavalt sellele 1970. aastate alguse arusaamale, ei kiirga kunagi valgust, ei kahane kunagi, ei kaota kunagi massi; see vaid kogub massi ja tõmbab oma varjatud territooriumile rohkem ruumi.
Teiseks, kvantmehaanika kohta: Hawkingi karjääri ajaks olid teadlased juba ammu teadnud, et Heisenbergi määramatuse eellugu tähendas, et tühi ruum pole tegelikult tühi. Selle asemel keerleb see "virtuaalsete" osakestega - mateeria ja antimaterjali paarid, mis ilmuvad koos, eralduvad ja satuvad seejärel üksteisesse ning hävivad mõõtmiseks liiga lühikese aja jooksul. (Teadlased vaidlevad tänapäevani, kas need virtuaalsed osakesed on tõesti olemas või esinevad nende veidra, tõenäosusliku olemuse tõttu ainult kvantvõrrandites.)
1973. aasta hilissuvel käisid Stephen ja Jane Hawking Poolas Varssavis loengusarjas, tähistades Koperniku 500. sünnipäeva, kirjutas Ferguson. Seal kohtus Hawking kahe Nõukogude füüsiku, Yakov Borisovitš Zel'dovitši ja tema õpilase Aleksei Aleksandrovitš Starobinskyga, kes olid näidanud, et mustade aukude keerutamise energia tekitab osakesi just väljaspool nende sündmuste horisonti. Need osakesed eemalduvad kosmosest, ütlesid Zel'dovitš ja Starobinsky oma loengus, lastes osa musta augu keerdest minema. Lõpuks, Zel'dovitš ja Starobinsky ütlesid, et mustad augud lõpevad keerutamise.
Idee takerdus Hawkingi pähe, kirjutas Ferguson ja ta naasis Cambridge'i, et korrata ja täpsustada Zel'dovitši ja Starobinksy arvutusi. Kui ta aga nende tulemuste osas esimesi torkeid tegi, ilmnes midagi uut.
"Ma leidsin oma üllatuseks ja häirivaks, et isegi mitte pöörlevad mustad augud peaksid nähtavasti tekitama ja eraldama osakesi ühtlasel kiirusel," kirjutas ta hiljem oma 1988. aasta raamatus "Aja lühike ajalugu".
Siit, miks ta selles raamatus selgitas:
Kui ruumis on mustad augud ja neil on määratletud sündmuste horisond ning kui kosmos rullub pidevalt virtuaalsete "iseenda hävitavate osakeste paaridega", peavad mõnikord need osakesed eksisteerima eksisteerima otse mustade aukude sündmuste horisondi servades. Tegelikult on mõned Neist osakeste paaridest peab olema täiuslikult paigutatud nii, et üks negatiivse massiga antimaterjalide osake on eraldatud sündmuse horisondi ühele küljele ja teine positiivse massiosa osakeste eraldatud teisele poole.
See kummaline asjaolu "suurendaks" osakesi nende virtuaalsest poolse eksistentsist täies reaalsuses, tõdes Hawking, kuna nad oleksid piisavalt eraldatud, et mitte hävitada. See tähendas, et energia- ja massiosakesed voolavad mustade aukude sündmuste horisondi pinnalt. Ja see energiavoog, mis kiirgas väljapoole seda, mida füüsikud varem arvasid olevat igavesti tumedaid kehasid, võttis nime Hawkingi kiirgus, pärast seda, kui ta kirjeldas seda 1974. aastal ajakirjas Nature avaldatud raamatus pealkirjaga "Musta augu plahvatused?"
Hawkingi kiirgus muutis põhjalikult seda, kuidas füüsikud universumist aru said. Enne Hawkingi teadvustamist uskusid teadlased, et kõik mustale augule kadunud ained või energia kadusid igaveseks laiemast universumist, nii et mustade aukude sündmuste horisond toimiks müüridena, millest kaugemale mõned universumi asjad kunagi tagasi ei tuleks.
Kuid Hawkingi avastus näitas, et mustad augud lagunevad aja jooksul kiiremini ja kiiremini. Iga positiivse osakese kohta, mis voolas sündmuse horisondi pinnalt välja laiemasse universumisse, kukuks negatiivse energia ja massiga negatiivne osake tagasi sündmuse horisondi taha jäävasse ruumi, vähendades seal lukustatud kogumassi ja energiat. Aja jooksul põhjustab see protsess mustade aukude kahanemist. Ja vähenedes muutuvad nad Hawkingi kiirguse tõttu aktiivsemaks ja kahanevad kiiremini.
Hawking ennustas, et universum peab sisaldama "ürgseid musti auke", mis tekkisid mitte tähtede kokkuvarisemisest, vaid varase universumi äärmuslikest survetest. Tema sõnul oleks need mustad augud miljardite aastate jooksul märkimisväärselt kahanenud ja nende väikesed sündmuste horisondid kustutaksid Hawkingi kiirguse võimsad kiired.
"Selliseid auke vaevalt väärinuks must: nad on tõesti valge kuum, "kirjutas ta ajakirjas Lühike ajalugu.
Lõpuks otsustas Hawking, et nad plahvatavad.
Kui Hawking seda ideed hakkas jagama, kirjutas Ferguson ajakirjas "Unfettered Mind", siis ta eakaaslased võtsid selle vastu kas hiilgavalt või ketserlikult. Kui Penrose sellest sosinaid kuulis, kutsus ta Hawkingi just siis, kui füüsik istus oma 1974. aasta sünnipäeva õhtusöögile ja õnnitles teda nii kaua, et tema õhtusöök läks külmaks. Kuid kuid hiljem tõusis sümpoosionil, kus Hawking oma ettepanekut esitas, moderaator kuulutada see "täielikuks prügiks".
Tänapäeval peetakse seda põhiliseks teaduslikuks tõsiasjaks.
Peale mustade aukude
Nelja ja poole aastakümne jooksul pärast "Musta augu plahvatusi?" Hawking on jätkanud teadusuuringute avaldamist, mis koondavad tähelepanu universumi alustele - sealhulgas ideid, mis ründavad tema enda varasemaid kaastöid. (Vt näiteks 2014. aasta jahmatavat pealkirja ajakirjas Nature, "Stephen Hawking: puuduvad mustad augud".)
Hawking on kõige kuulsamaks saanud oma hilisemas teaduskommunikaatori karjääris. Ta on järginud oma 1988. aasta klassikat "Aja lühike ajalugu" koos veel 10 populaarteadusliku teosega ja memuaariga pealkirjaga "Minu lühike ajalugu" (Random House, 2013).
On võimatu rääkida Hawkingi tohututest panustest inimeste arusaamises universumist, tunnistamata tema pika langusega tervise konteksti. Hawkingi kaks olulist panust füüsikasse jõudsid samal perioodil, mil ta muutus noorest inimesest, kes suutis iseseisvalt jalutada, meheks, kes oli piiratud ratastooliga, lohistas oma kõnet ja usaldas oma naise oma mõtete ümberkirjutamiseks. .
ALS halvab keha, kuid - vähemalt Hawkingi puhul - see ei kahjusta meelt. Ja selle eest, kirjutas Ferguson, on Hawking end juba pikka aega lugenud "ülimalt õnnelikuks".
"See oli tõsi 1964. aastal ja on tänapäeval," kirjutas Ferguson, "et Hawkingi jaoks on seda vähem tehtud tema füüsilisi probleeme, seda parem. Ma tunnistasin seda 1989. aastal oma esimese temast rääkiva raamatu intervjuude ajal. et kui ma kirjutaksin tema teaduslikust tööst ja jätaksin mainimata, et sellise töö tegemine tähendas talle tõenäoliselt suuremat saavutust kui enamiku inimeste jaoks, oleks see talle hästi sobinud. "
Hawking on osutunud kõige mugavamaks puude üle arutlemisel oma aktivismi kontekstis, mis on olnud märkimisväärne. 1999. aastal liitus ta 12 silmapaistva tegelasega, sealhulgas Lõuna-Aafrika aktivist Desmond Tutu, allkirjastades harta, milles kutsuti maailma valitsusi üles muutma oma suhteid puuetega elanikkonnaga ja laiendama teenuseid, mis parandavad puuetega inimeste elu.
Hawking on olnud ka universaalse tervishoiu ja Ühendkuningriigi riikliku tervishoiuteenistuse (NHS) silmapaistev kaitsja, minnes nii kaugele, et rünnata 2017. aasta augusti kõnes konservatiivse partei tervishoiuministrit Jeremy Hunti programmi ebapiisava rahastamise ja toetamise eest.
"Ma ei oleks siin ilma NHSita," sõnas Hawking.
Hawking kipub tehisintellekti või tulnukaid kommenteerides saama inimkonna tulevikuideede jaoks kõige rohkem tähelepanu. Kuid suurem osa tema selleteemalistest väljaütlemistest on olnud pigem maa peal: sõdade vastandamine, muretsemine, et USA president Donald Trumpi vallandamine kliimamuutustest võib planeeti kahjustada, ning ühinemine Iisraeli ülemaailmse akadeemilise boikoteerimisega.
Live Science soovib Hawkingule väga palju õnne sünnipäevaks ja palju muud.
