Tudjon meg többet a tudomány egyik alappilléréről ebben a rövid blogbejegyzésben.
Mi volt Stephen Hawking története?
Stephen Hawking világhírű brit elméleti fizikus, aki a kozmológiához, az általános relativitáselmélethez és a kvantumgravitációhoz való hozzájárulásáról ismert, különösen a fekete lyukakkal összefüggésben. Az 1960-as és 1970-es években úttörő tételeken dolgozott az általános relativitáselmélet szingularitásaival kapcsolatban, és elméleti előrejelzést tett arról, hogy a fekete lyukaknak sugárzást kell kibocsátaniuk (ma Hawking-sugárzásként ismert). Számos népszerű tudományos könyvet is publikált, amelyekben saját elméleteit és általában a kozmológiát tárgyalja, köztük az “Az idő rövid története” című bestsellert, és Albert Einstein óta a fizika egyik legnagyobb elméjének tartják. Saját szavaival élve: “A célom egyszerű. Az univerzum teljes megértése, hogy miért olyan, amilyen, és miért létezik egyáltalán.”
Stephen William Hawking 1942. január 8-án született az angliai Oxfordban, a második világháború kellős közepén. Miután megszületett a viszonylag biztonságos Oxfordban, a család visszatért Londonba, ahol apja a német légierő bombázásának állandó veszélye ellenére a Nemzeti Orvosi Kutatóintézet parazitológiai részlegét vezette. 1950-ben Hawking családjával St. Albansba költözött, ahol 1950-től 1953-ig a St. Albans High School for Girlsbe járt (a fiúk 10 éves korukig járhattak), majd 11 éves korától a St. Albans Schoolba, ahol jó, bár nem kiemelkedő tanuló volt.
1959-ben ösztöndíjat nyert az oxfordi University College-ba, apja régi főiskolájára, ahol Robert Berman vezetésével fizikát tanult (főleg azért, mert ott nem kínálták a matematikát), és ahol különösen a termodinamika, a relativitáselmélet és a kvantummechanika érdekelte. Néha laza tanulási szokásai és az egyetemi élet unalma ellenére 1962-ben első osztályú diplomát szerzett.
A diploma megszerzése után rövid ideig az Oxfordi Egyetem Obszervatóriumában a napfoltokat tanulmányozta. Hamarosan rájött azonban, hogy az elmélet jobban érdekli, mint a megfigyelés, és Oxfordból a cambridge-i Trinity Hallba ment, ahol egy ideig Fred Hoyle-nál, a kor legkiválóbb angol csillagászánál tanult.
Nem sokkal azután, hogy megérkezett Cambridge-be, 21 éves korában Hawkingnál jelentkezni kezdtek az amyotrófiás laterálszklerózis (ALS vagy “Lou Gehrig-kór”) első tünetei, a motoros neuronbetegség egy fajtája, amely végül szinte teljes idegrendszeri kontrolljának elvesztéséhez vezetett. Bár az orvosok (tévesen) azt jósolták, hogy Hawking két-három évnél tovább nem élhet, fokozatosan elvesztette karjai, lábai és hangja használatát, mígnem szinte teljesen lebénult és négytagúvá vált.
1965-ben részt vett Roger Penrose angol matematikus előadásán, aki éppen akkoriban publikált egy forradalmi cikket a tér-idő szingularitásokról (olyan eseményekről, amelyekben a fizika törvényei látszólag összeomlanak). Hawking visszanyerte energiáját, és újult erővel kötelezte el magát az elméleti csillagászat és kozmológia tanulmányozása mellett, különösen a fekete lyukak és a szingularitások területén. Később Penrose-szal több fontos dolgozatban is együttműködött ezeken a témákon.
Egy másik fordulópont az életében szintén 1965-ben következett be, amikor összeházasodott egy nyelvtanulóval, Jane Wilde-dal. Az ő és PhD-tanára, Dennis Sciama segítségével Hawking befejezte a PhD-t, és a cambridge-i Gonville and Caius College kutatója, majd professzora lett.
1968-ban csatlakozott a Cambridge-i Csillagászati Intézet munkatársaihoz, ahol 1973-ig maradt, és elkezdte alkalmazni a termodinamika törvényeit a fekete lyukakra, rendkívül bonyolult matematika segítségével. Az 1960-as évek végén barátjával és cambridge-i kollégájával, Roger Penrose-szal együtt alkalmazta az általuk Albert Einstein általános relativitáselméletén alapuló új, összetett matematikai modellt, amelynek segítségével Hawking 1970-ben bebizonyította az első szingularitás-tételt a sok közül. Ez a tétel egy sor elégséges feltételt adott a téridő szingularitásának létezéséhez, és azt is feltételezte, hogy a tér és az idő valóban egy Big Bang-típusú eseményben kezdődött, és fekete lyukakban végződött. Valójában megfordította Penrose elképzelését, miszerint egy fekete lyuk keletkezése szükségszerűen szingularitáshoz vezetne, bizonyítva, hogy egy szingularitás vezetett magának a világegyetemnek a keletkezéséhez.
Brandon Carterrel, Werner Izraellel és David Robinsonnal együttműködve matematikai bizonyítékot szolgáltatott John Wheeler “szőrtelen tételére”, amely szerint bármely fekete lyuk teljes egészében leírható a tömeg, a szögimpulzus és az elektromos töltés három tulajdonságával, és javaslatot tett a fekete lyukak mechanikájának négy törvényére, hasonlóan a termodinamika négy klasszikus törvényéhez. A gamma-sugárzások elemzése alapján azt is felvetette, hogy az ősrobbanás után ősfekete lyukak vagy “mini fekete lyukak” keletkezhettek.
1974-ben Hawking és Jacob Bekenstein kimutatta, hogy a fekete lyukak valójában nem teljesen feketék, hanem termikusan szubatomi részecskéket kell létrehozniuk és kibocsátaniuk, amelyeket ma Hawking-sugárzásként ismerünk, amíg végül ki nem merítik energiájukat és el nem párolognak. Ebből adódott az úgynevezett “információs paradoxon” vagy “Hawking-paradoxon” is, amely szerint a fizikai információ (ami nagyjából a részecskék azonosságát és megkülönböztetett tulajdonságait jelenti) a fizika elfogadott törvényeivel ellentétben teljesen elveszni látszik a világegyetemben. Hawking harminc éven át védte ezt a paradoxont Leonard Susskind és mások érveivel szemben, mígnem 2004-ben hírhedten visszavonult.
Ezek az úttörő eredmények a Hawking ALS okozta növekvő bénulás ellenére születtek. 1974-re már nem tudta magát táplálni, és az ágyból sem tudott kikelni, és a beszéde olyan gyenge volt, hogy csak azok értették meg, akik jól ismerték. 1985-ben tüdőgyulladást kapott, és légcsőmetszésen kellett átesnie, ami miatt teljesen beszédképtelenné vált, bár különböző barátai és jótevői együttműködtek egy olyan eszköz elkészítésében, amely lehetővé tette számára, hogy testének apró mozdulataival írjon egy számítógépen, majd egy hangszintetizátor segítségével kiejtse, amit írt.
1973-ban a Csillagászati Intézettől az Alkalmazott Matematika és Elméleti Fizika Tanszékre került, majd 1979-ben a Cambridge-i Egyetem Lucasian Matematika Professzorává nevezték ki, és ezt a posztot 30 éven át, 2009-es nyugdíjba vonulásáig töltötte be. Jane Wilde-tól három gyermeke született: Robert (1967), Lucy (1969) és Timothy (1979), de a házaspár végül 1991-ben elvált, nyilvánvalóan Hawking hírességének és növekvő fogyatékosságának nyomása miatt.
Hawking úttörő kutatásai jelentős hírnevet és hírességet szereztek neki. 1974-ben, 32 évesen a Royal Society egyik legfiatalabb tagjává választották. 1982-ben a Brit Birodalom Rendjének parancsnoka (CBE), 1989-ben pedig a Becsületrend társává avatták. Tizenkét tiszteletbeli fokozatot, valamint számos egyéb kitüntetést, érmet és díjat szerzett, köztük az elméleti fizika legrangosabb elismerését, az Albert Einstein-díjat. A szélesebb közönség számára is ismertté vált, különösen az 1988-ban megjelent, nemzetközi bestsellerré vált “Az idő rövid története” című könyve, valamint annak folytatásai, “Az univerzum röviden” (2001) és “Az idő rövidebb története” (2005) után.
Még mindig is a fekete lyukak robbanásával, a húrelmélettel és a fekete lyukak születésével foglalkozott saját galaxisunkban. Munkái rávilágítottak arra is, hogy az általános relativitáselméletet és a kvantumelméletet egy átfogó kvantumgravitációs elméletben, az úgynevezett “mindenek elméletében” kell egyesíteni, különösen, ha meg akarjuk magyarázni, mi történt valójában az ősrobbanás idején. Már 1974-ben a fekete lyukak Hawking-sugárzásáról szóló elmélete talán az egyik legelső példája volt annak az elméletnek, amely – legalábbis bizonyos mértékig – szintetizálja a kvantummechanikát és az általános relativitáselméletet.
Hawking az évek során számtalan egyéb tudományos vizsgálatot végzett, többek között a kvantumkozmológiával, a kozmikus inflációval, az anizotróp ősrobbanás univerzumaiban történő héliumtermeléssel, a “Big N” kozmológiával, a világegyetem sűrűségmátrixával, a világegyetem topológiájával és szerkezetével, a babauniverzumokkal, a Yang-Mills-immanonokkal és az S-mátrixszal foglalkozott, anti-de Sitter-tér, kvantum összefonódás és entrópia, a tér és az idő természete és az idő nyila, tér-idő hab, húrelmélet, szupergravitáció, euklideszi kvantumgravitáció, gravitációs Hamilton, Brans-Dicke és Hoyle-Narlikar gravitációs elméletek, gravitációs sugárzás, holográfia, időszimmetria és féreglyukak.
Nem félt vitákat gerjeszteni, sőt az 1980-as években magát az ősrobbanás elméletét is megkérdőjelezte, azt sugallva, hogy talán soha nem is volt kezdet, és hogy nem lesz vég, hanem csak változások, állandó átmenet egyik “univerzumból” a másikba a téridő gubancain keresztül. “Határtalan javaslatát” Jim Hartle amerikai fizikussal együttműködve dolgozta ki. A klasszikus általános relativitáselmélet keretei között a világegyetemnek vagy végtelenül öregnek kell lennie, vagy egy szingularitással kellett kezdődnie, de Hawking és Hartle javaslata egy harmadik lehetőséget is felvet: a világegyetem véges, de nem volt kezdeti szingularitása, amely határt hozott volna létre. Ennek a “képzeletbeli időben” határtalan univerzumnak a történetét talán a Föld felszínének analógiájával lehet a legjobban szemlélni, ahol az ősrobbanás a Föld északi pólusának felel meg, és az univerzum mérete a képzeletbeli idővel növekszik, ahogyan az egyenlítőtől délre haladunk.
Hawking 1995-ben feleségül vette ápolónőjét, Elaine Masont, bár 2006-ban elváltak, amikor meg nem erősített pletykák szerint fizikai bántalmazás történt, és azóta kibékült első feleségével, Jane-nel. 2003-ban Hawking veszélyesen megbetegedett tüdőgyulladásban, majd ismét meglepte orvosait azzal, hogy felépült, és egyre inkább a munkájának szentelte magát.
2004-ben radikálisan megváltoztatta egyik ellentmondásos állítását a fekete lyukakról (mindent elpusztítanak, ami beléjük esik, és egy fekete lyukból nem lehet információt visszanyerni), azt állítva, hogy az új felfedezések segíthetnek megoldani a “fekete lyukak információs paradoxonát”. A fekete lyukak új definíciójában az eseményhorizont nem olyan jól körülhatárolt, és nem biztos, hogy teljesen elrejti kívülről mindazt, ami benne van, és elfogadta a multiverzum fogalmát, hogy segítsen megmagyarázni az információ megőrzését a fekete lyukakban.
Hawking Isten létezéséről vallott nézetei sok vitát váltottak ki, különösen az 1988-ban megjelent Az idő rövid története című könyv óta, amelyben úgy véli, hogy a mindenek globális elméletének felfedezése lehetővé tenné számunkra, hogy “megismerjük Isten gondolatait”, amit egyesek szó szerint, mások pedig irodalmilag értelmeztek. A 2010-ben megjelent The Grand Design című könyvében azonban egyértelműen kijelenti, hogy “a spontán teremtés az, amiért van valami és nem a semmi, amiért létezik a világegyetem, amiért létezünk mi. Nem kell Istenre hivatkozni… ahhoz, hogy az univerzumot mozgásba hozzuk.”
Hawking 2009-ben – az egyetem nyugdíjazási szabályzatának megfelelően – távozott a cambridge-i matematika Lucasian professzori posztjáról, és elfogadta a kanadai Waterloo-ban működő Perimeter Institute for Theoretical Physics (Perimeter Institute for Theoretical Physics) kiváló kutatói székét. Ugyanebben az évben megkapta az Egyesült Államok legmagasabb polgári kitüntetését, az Elnöki Szabadságérmet.
Stephen Hawking 76 éves korában, 2018. március 13-án halt meg.
Többet megtudhat következő cikkünkből: Ki volt Edwin Hubble?