Стивън Хокинг, физикът, който пренавива Вселената и прескача усилени частици от горещите гранични области на черните дупки, днес навършва 76 години (8 януари).
Освен че е световноизвестен космолог, Хокинг се е превърнал в нещо като икона на поп културата. Той е поразителна фигура: гений, свит в тяло, до голяма степен обездвижено от амиотрофична латерална склероза, или ALS. Той е подкрепен от усъвършенствана инвалидна количка и комуникира със света чрез рядка и специализирана система, която превръща движенията на един мускул в бузата му в реч. В този режим той се появи в „Star Trek: The Next Generation“, „The Simpsons“ и „The The Big Bang Theory“.
Но най-трайното наследство на Хокинг ще бъде като най-важният физик от втората половина на 20 век - изследовател, който взе по-ранните творби на фигури като Алберт Айнщайн и Вернер Хайзенберг и ги сплете в нещо, приближаващо се до съгласувано обяснение за поведението на космоса.
„Има една особеност в нашето минало“
Никаква добра гениална история не започва с нищо по-малко от гръм, така че е подходящо, че първото голямо постижение на Хокинг беше и докторската му дисертация в университета в Кеймбридж.
Тезата на Хокинг, одобрена през 1966 г., направи драматичен аргумент: че цялата Вселена започва като единна точка, безкрайно малка и плътна и свита върху себе си - точка в началото на всичко. Или, както би написал по-късно, кратко: "Има едно единство в нашето минало."
Това беше първото описание на Големия взрив, както обикновено се разбира днес: безкрайно малка точка в далечните времена, която избухна в нашия модерен, непрекъснато разрастващ се космос.
Както Хокинг описа в лекцията си „Произходът на Вселената от 2005 г.“, неговата теза пристигна в момент, когато учените видяха, че огромните празни достижения на космоса, пропастите между галактиките, се разширяват. Но не бяха сигурни защо. Някои физици предложиха по-слаби версии на концепцията за Големия взрив, минус сингулярността. Но друга теория, наречена Стационарна Вселена, беше доминираща.
"Докато галактиките се раздалечаваха", казва Хокинг за Стационарната Вселена, "идеята беше, че нови галактики ще се образуват от материя, която трябваше да се създава непрекъснато в космоса. Вселената би съществувала завинаги и би изглеждала същото като винаги."
С други думи, много учени смятаха, че Вселената се разширява, но по начин, който не й дава начало и край.
Както биографката Кити Фъргюсън пише в книгата си „Стивън Хокинг: Безсмислен ум“ (Св. Мартин Грифин, 2012 г.), Хокинг се бори с депресията в месеците след диагнозата си на ALS от 1963 г. на 21 години и това психично заболяване продължава, той може да никога не са стигали до неговата теза. Но депресията му утихна, след като стана ясно, че той надживява очакванията и когато получи изключение от правилата на Кеймбридж, уреждащи завършилите студенти, позволявайки му да се ожени за първата си съпруга Джейн Уайлд, според Фъргюсън.
През този период, преди да стигне до темата на докторската си дисертация, Хокинг съобщи, че се чувства разочарован от начина, по който изследователите се заемат с работа, която смята за крайно тривиална.
„Хората бяха толкова доволни, че намериха решение за полеви уравнения; те не питаха каква физическа значимост има, ако има такава“, каза той по-късно в лекцията си за рожден ден през 2002 г.
Това безсилие го доведе до първата му четка с известност. Както Фергюсън разказва, Хокинг пътува през юни 1964 г., за да чуе лекция от Фред Хойл, известен астроном и привърженик на теорията на Вселената на устойчивата държава. По време на лекцията Хокинг стана толкова разочарован, че се хвърли на крака, подпрян на бастуна си, за да оспори един от резултатите на Хойл.
„Учуден Хойл попита Хокинг как е възможно да прецени дали резултатът е правилен или грешен“, пише Фъргюсън. „Хокинг отговори, че го е„ направил “.
Публиката беше впечатлена и Хойл беше "вбесен" от този неизвестен абитуриент, който се появи, за да разкъса научните изследвания на професора в главата си на лекцията, пише Фъргюсън. (Всъщност Хокинг се сприятели с един от учениците на Хойл и започна да атакува идеята много преди лекцията.)
Скоро след това, пише Фъргюсън, Хокинг научава за космологична теория, разработена от математика Роджър Пенроуз: че особеностите, точките на безкрайната плътност и кривината на пространството и времето, теоретизирани в общата относителност, всъщност могат да се появят, когато достатъчно големи звезди се срутят върху себе си.
"Хокинг излетя оттам", пише Фъргюсън, "обърна посоката на времето и обмисли какво ще се случи, ако точка с безкрайна плътност и безкрайна кривина на пространство-време - една особеност - избухна навън и се разшири. Да предположим, че Вселената започва като Да предположим, че пространството-време, свито здраво в една мъничка, безразмерна точка, избухна в това, което наричаме Големия взрив и се разшири, докато изглежда така, както днес. Може ли да се е случило така? Трябва да станало ли е така? "
Хокинг пристъпи към работа, подкрепяйки влака си от спекулации със стабилни подкрепящи изчисления. Докторската му дисертация, базирана на тези изчисления, е одобрена през 1966 г. Тези изчисления, заедно с последващи изследвания, проведени в партньорство с Пенроуз през последващото десетилетие, са основата на съвременното разбиране на учените за Големия взрив.
Приблизително по същото време някои ключови прогнози на теорията за устойчивата Вселена започнаха да се провалят експериментални тестове, затвърждавайки статуса на Хокинг като откривател на истинската история на ранната Вселена.
Експлозии в черна дупка?
Ако единственото постижение на Хокинг в кариерата му беше откриването на историческата форма на Вселената, той все пак би бил гигант - човекът, споменат заедно с Розалинд Франклин, открил формата на ДНК с двойна спирала или Николаус Коперник, който пръв предложи хелиоцентричен модел на слънчевата система. Но това беше само първото от двете определящи постижения на Хокинг.
Втората, радиация на Хокинг, изисква малко разбиране на две неща: черни дупки и квантовата механика на празното пространство.
Първо, за черните дупки: Черната дупка е звезда, която се е сринала върху себе си и е станала толкова гравитационно интензивна, че дори и светлина не може да избяга от регион около центъра. Отвъд тази точка, наречена хоризонт на събитието, пространството-времето е толкова извито, че всичко, което попада зад плащеницата, се губи завинаги. Черната дупка, според това разбиране в началото на 70-те, никога не излъчва светлина, никога не се свива, никога не губи маса; тя само набира маса и привлича повече пространство на покритата си територия.
Второ, по квантовата механика: По времето на кариерата на Хокинг учените отдавна знаеха, че принципът на несигурността на Хайзенберг предполага, че празното пространство всъщност не е празно. Вместо това той се навива с „виртуални“ частици - двойки материя-антиматерия, които се появяват заедно, отделят се и след това се разбиват един в друг и унищожават за период от време, твърде кратък за измерване. (Учените спорят и до днес дали тези виртуални частици наистина съществуват или се появяват само в квантови уравнения поради странния им, вероятностен характер.)
В края на лятото на 1973 г. Стивън и Джейн Хокинг присъстваха на лекционна поредица във Варшава, Полша, отбелязвайки 500-ия рожден ден на Коперник, пише Фъргюсън. Там Хокинг се натъкна на двама съветски физици, Яков Борисович Зелдович и неговия ученик Алексей Александрович Старобински, които показаха, че енергията на въртене на черни дупки ще създаде частици точно извън хоризонта на събитията им. Тези частици щяха да останат в космоса, казаха Зелдович и Старобински в лекцията си, като пресече част от въртенето на черната дупка, докато отиват. В крайна сметка, Зелдович и Старобински казаха, че черните дупки ще спрат да се въртят.
Идеята остана в главата на Хокинг, пише Фъргюсън и той се върна в Кеймбридж, за да повтори и уточни изчисленията на Зелдович и Старобинкси. Но когато той направи първите си убождания при резултатите им, се разтвори нещо ново.
„Открих, за моя изненада и досада, че дори невключващите се черни дупки очевидно трябва да създават и излъчват частици с постоянна скорост“, пише той по-късно в книгата си „Кратка история на времето“ от 1988 г.
Ето защо, както той обясни в тази книга:
Ако в космоса съществуват черни дупки и имат определени хоризонти на събитията и ако пространството се върти постоянно с виртуални "двойки самоунищожаващи се частици, тогава понякога тези частици трябва да изникнат точно в краищата на хоризонтите на събитията от черни дупки. Всъщност някои от тези двойки частици трябва да изглеждат перфектно разположени с една частица антиматерия с отрицателна маса, разделена от едната страна на хоризонта на събитието, а другата частица с положителна маса, отделена от другата страна.
Това странно обстоятелство би фактически "засилило" частиците от тяхното виртуално полусъществуване в пълна реалност, осъзнал Хокинг, тъй като те щяха да се разделят достатъчно, за да не унищожат. Това означаваше, че частиците енергия и маса ще изглеждат от повърхността на хоризонта на събитията на черните дупки. И този поток от енергия, излъчващ се навън от това, което физиците по-рано са вярвали, че са вечно тъмни тела, е получил името радиация Хокинг, след като го е описал в хартия от 1974 г. в Nature, озаглавена „експлозии в черна дупка?“
Излъчването на Хокинг коренно промени начина, по който физиците разбират Вселената. Преди осъзнаването на Хокинг учените вярвали, че всяка материя или енергия, загубена в черна дупка, завинаги е изчезнала от широката Вселена, така че хоризонтите на събитията на черните дупки да действат като стени, отвъд които някои от вещите на Вселената никога няма да се върнат.
Но откритието на Хокинг показа, че черните дупки с времето ще се разпадат все по-бързо и по-бързо. За всяка положителна частица, която изтича от повърхността на хоризонт на събитията навън в по-широката вселена, отрицателна частица с отрицателна енергия и маса ще падне обратно в пространството отвъд хоризонта на събитията, намалявайки общата маса и енергия, заключена там. С течение на времето този процес би довел до свиване на черните дупки. И докато се свиват, те ще станат по-активни с радиацията на Хокинг и ще се свият по-бързо.
Хокинг предсказа, че Вселената трябва да съдържа "изначални черни дупки", които се появяват не от сриващите се звезди, а от екстремния натиск на ранната Вселена. Тези черни дупки, разсъждаваше той, щяха да се свият значително през междинните милиарди години и техните малки хоризонти на събитията щяха да изтръгнат мощни лъчи на радиацията на Хокинг.
„Такива дупки едва ли са заслужили черно: наистина са нажежено до бяло, "пише той в" Кратка история на времето. "
В крайна сметка Хокинг реши, че ще избухнат.
Тъй като Хокинг започна да споделя тази идея, Фъргюсън пише в "Неподправен ум", връстниците му го приемат като блестящ или еретичен. Когато Пенроуз чу шепоти, той се обади на Хокинг точно когато физикът седеше на вечерята си за рожден ден от 1974 г. и го поздравява толкова дълго, че вечерята му изстива. Но месеци по-късно модераторът в симпозиума, където Хокинг представи предложението си, стана, за да го обяви за „пълен боклук“.
Днес това се смята за основен научен факт.
Отвъд черните дупки
В четирите и половина десетилетия след "експлозиите в черна дупка?" Хокинг продължава да публикува научни изследвания, които са насочени към основите на Вселената - включително идеи, които атакуват неговите собствени по-ранни приноси. (Вижте например стряскащото заглавие на 2014 г. в Nature, „Стивън Хокинг: Няма черни дупки“.)
Хокинг стана най-известен в по-късната си кариера като научен комуникатор. Той проследява класиката си „Кратка история на времето“ от 1988 г. с още 10 произведения на науката и спомен, озаглавен „Моята кратка история“ (Случайна къща, 2013).
Невъзможно е да се говори за огромния принос на Хокинг за човешкото разбиране на Вселената, без да се признае контекста на неговото дълго влошаващо се здраве. Двата основни приноса на Хокинг към физиката са дошли през същия период, в който той се трансформира от млад човек, който е в състояние сам да ходи, в мъж, който е прикован в инвалидна количка, заблуждава речта си и разчита на жена си да преписва мислите си ,
ALS парализира тялото, но - поне в случая на Хокинг - не уврежда ума. И за това, пише Фъргюсън, Хокинг отдавна е считал себе си за „върховен късметлия“.
"Беше вярно през 1964 г. и днес - пише Фъргюсън, - що се отнася до Хокинг, толкова по-малко се правят физическите му проблеми, толкова по-добре. Разбрах през 1989 г., по време на интервюта за първата си книга за него, че ако пиша за неговата научна работа и не спомена изцяло, че извършването на такава работа вероятно представлява по-голямо постижение за него, отколкото би било за повечето хора, това би го подхождало добре. "
Хокинг се оказа най-удобно да обсъжда уврежданията в контекста на своята активизация, която беше значителна. През 1999 г. той се присъединява към група от 12 видни фигури, включително южноафриканският активист Дезмънд Туту, като подписва харта, призоваваща правителствата на света да трансформират отношенията си с населението си с увреждания и да разширят услугите, които подобряват живота на хората с увреждания.
Хокинг също е изявен защитник на универсалната здравна грижа и Националната здравна служба на Обединеното кралство (NHS), стигайки дотам, че атакува министъра на здравеопазването на Консервативната партия Джеръми Хънт в реч от август 2017 г. за недостатъчно финансиране и подкрепа на програмата.
"Нямаше да съм тук без NHS", каза Хокинг.
Хокинг е склонен да получи най-голямо внимание за своите идеи за бъдещето на човечеството, когато коментира изкуствен интелект или извънземни. Но по-голямата част от неговите изказвания по тази тема бяха по-дълбоки: противопоставянето на войните, притесненията, че уволнението на президента на САЩ Доналд Тръмп може да навреди на планетата и да се присъедини към глобалния академичен бойкот на Израел.
Наука на живо пожелава на Хокинг много честит рожден ден и много други.
