W świecie nieskończoności

Stephen Hawking

stephen hawking

Stephen William Hawking (ur. 8 stycznia 1942 w Oksfordzie, zm. 14 marca 2018 w Cambridge[1]) – brytyjski astrofizyk, kosmolog, teoretyk fizyki. Cierpiał na stwardnienie zanikowe boczne, którego postęp spowodował paraliż większości ciała.

W ciągu trwającej ponad 40 lat kariery naukowej zajmował się głównie czarnymi dziurami i grawitacją kwantową. Wspólnie z Rogerem Penrose’em opracował twierdzenia odnoszące się do istnienia osobliwości w ramach ogólnej teorii względności oraz teoretyczny dowód na to, że czarne dziury powinny emitować promieniowanie, znane dziś jako promieniowanie Hawkinga[2][3] (lub Bekensteina-Hawkinga).

Był profesorem matematyki i fizyki teoretycznej na macierzystej uczelni, Uniwersytecie w Cambridge (gdzie w latach 1979–2009 obejmował katedrę Lucasa[4][5], tak jak kiedyś Newton), w Kalifornijskim Instytucie Technicznym w Pasadenie. Członek Royal Society oraz Perimeter Institute for Theoretical Physics[6] (Waterloo, Ontario).

Odznaczony Orderem Imperium Brytyjskiego oraz Order of the Companions of Honour. Był członkiem Royal Society i Royal Society for the encouragement of Arts, Manufactures i Commerce; członkiem honorowym Royal Society of Arts oraz dożywotnim członkiem Papieskiej Akademii Nauk[7]. W 2009 został odznaczony Medalem Wolności[8], najwyższym odznaczeniem cywilnym USA.

Jego publiczne wystąpienia i książki popularnonaukowe, w których omawiał współczesną kosmologię i własne odkrycia, uczyniły z niego akademicką sławę. Krótka historia czasu znajdowała się na liście bestsellerów British Sunday Times przez rekordowy okres 237 tygodni

Chciał studiować matematykę, jednak zgodnie z wolą ojca, który chciał, by syn studiował medycynę, wstąpił na Uniwersytet w Oksfordzie, gdzie w tym czasie matematyka nie była wykładana jako oddzielny kierunek. Studiował więc nauki przyrodnicze, specjalizując się w fizyce. Interesował się wtedy głównie termodynamiką, teorią względności i mechaniką kwantową. Jego nauczyciel fizyki, Robert Berman, powiedział później: „Jedyne czego potrzebował to przekonanie, że można to zrobić i robił to, nie oglądając się, jak robią to inni. […] Nie miał zbyt wielu książek i nie robił notatek. W oczywisty sposób jego umysł różnił się od jemu współczesnych”. Dobra pamięć i zdolności analityczne pozwalały mu osiągać dobre wyniki bez wielkiego wysiłku. Jak później obliczył, pracował średnio godzinę dziennie. Po otrzymaniu licencjatu w 1962 pozostał na Oksfordzie, studiując astronomię. Zdecydował się odejść, kiedy okazało się, że bardziej interesuje go teoria niż obserwacja, a jedyna rzecz na jaką pozwalało oksfordzkie obserwatorium to obserwacja plam słonecznych. Przeniósł się do Trinity Hall w Cambridge, gdzie zaangażował się w astronomię teoretyczną i kosmologię. Z powodu choroby podczas swoich dwóch pierwszych lat na Cambridge był mniej aktywny, ale kiedy stan zdrowia się ustabilizował, z pomocą promotora Dennisa Williama Sciamy dającego mu angażujące wyobraźnię trudne projekty, wrócił do pracy nad doktoratem.

Po obronie pracy doktorskiej „Properties of the Expanding Universe” (pol. Własności rozszerzających się wszechświatów, 1965 r.)[13] został pracownikiem naukowym, a później profesorem na Wydziale Matematyki Stosowanej oraz w Instytucie Astronomii Gonville and Caius College również w Cambridge.

W październiku 2017 roku Uniwersytet w Cambridge udostępnił pracę doktorską Hawkinga online[13].

Choroba W młodości jeździł konno i był aktywny fizycznie. Na Oksfordzie był w czwórce wioślarskiej, co – jak wspominał – było poważną ulgą w przytłaczającej nudzie, jaką były studia. Wkrótce po przeniesieniu się na Cambridge pojawiły się pierwsze symptomy choroby, stracił równowagę i spadł ze schodów, uderzając się w głowę. Zmartwiony ewentualnymi skutkami dla sprawności intelektualnej przeszedł test Mensy[14]. Diagnoza wskazująca na stwardnienie zanikowe boczne (ALS) (choroba neurodegeneracyjna mogąca prowadzić do całkowitego paraliżu) pojawiła się, kiedy miał 21 lat[15]. Było to tuż przed ślubem i lekarze mówili, że zostało mu 2 do 3 lat życia. Wspomina, że ta diagnoza pozbawiła go motywacji do zajęcia się doktoratem, zareagował depresją i piciem alkoholu, ale zawarcie w 1965 małżeństwa z Jane Wilde stało się punktem zwrotnym. Po rozpoznaniu ALS jego lekarzem, aż do swej śmierci, był ojciec fizyka[16].

Hawking stopniowo tracił władzę nad kończynami i głosem i do końca życia był prawie kompletnie sparaliżowany. Od 1974 nie był w stanie samodzielnie wstać z łóżka. Mowa stała się tak niewyraźna, że zrozumieć mogli go tylko ludzie, którzy go dobrze znali. W 1985 podczas pobytu w CERN w Genewie zachorował na zapalenie płuc, która to choroba w jego warunkach zagrażała życiu, ponieważ zmniejszała jego i tak ograniczoną wydolność płuc i musiał przejść tracheotomię, w wyniku czego stracił mowę. W późniejszym okresie choroba sprawiła, że był prawie całkowicie sparaliżowany, poruszał się na wózku inwalidzkim, a ze światem zewnętrznym porozumiewał się przy pomocy syntezatora mowy, do którego wprowadzał wypowiedzi przez wirtualną klawiaturę. Bardzo długo używał nieprodukowanego już DECtalk DTC01 mającego amerykański akcent. Zapytany, dlaczego wciąż go używa, odparł, iż nie słyszał lepiej brzmiącego głosu i identyfikuje się z nim. Ponieważ urządzenie to jest już według współczesnych standardów przestarzałe, a ponadto duże i wrażliwe na uszkodzenia, musiał znaleźć zamiennik. W połowie 2009 używał NeoSpeech VoiceText[17]. W publicznych wystąpieniach pojawiał się, mówiąc płynnie, ale w rzeczywistości był to żmudny i czasochłonny proces. Używał systemu autouzupełniania, wymagającego tylko pierwszych liter, ale ponieważ mógł używać tylko policzka do wprowadzania danych, skompletowanie całego zdania wymagało czasu. Jego wykłady i publiczne wypowiedzi były uprzednio przygotowane, ale rozmowa z nim ujawniała złożoność i trudność, jakiej wymaga porozumiewanie się. Podczas konferencji TED każda odpowiedź zabierała mu kilka minut[18].

W ostatnich latach życia porozumiewał się za pomocą grymasu policzka, który był rozpoznawany przez czujnik zamocowany na oprawce okularów[10]. Pomimo zaawansowanej niepełnosprawności Hawking był bardzo aktywny w fizyce, a także w życiu publicznym. Przebieg choroby u Hawkinga był nietypowy, cierpiał na wyjątkowo przewlekłą formę ALS. Przeżycie 10 lat jest ewenementem[19], a Hawking chorował ponad pięćdziesiąt lat. Twierdził, że mimo choroby był szczęśliwy. Jej powolny postęp umożliwił mu dokonanie znaczących odkryć i nie uniemożliwił mu posiadania, jak to mówi, „bardzo atrakcyjnej rodziny”. Kiedy zapytano jego żonę Jane, dlaczego zdecydowała się poślubić człowieka mającego przed sobą jedynie trzy lata życia, odparła – „były to czasy w cieniu broni atomowej, więc i tak wszyscy mieli raczej niewielką oczekiwaną długość życia”[potrzebny przypis].

Dorobek naukowy:


Stephen Hawking w Cambridge, sierpień 2008 Główne osiągnięcia Hawkinga dotyczą teoretycznej kosmologii oraz grawitacji kwantowej.

W pierwszym „klasycznym” okresie kariery, w późnych latach 60. współpracował z Rogerem Penrose’em, Robertem Gerochem, Brandonem Carterem oraz George’em Ellisem. Podsumowanie badań z tego okresu znajduje się w technicznej książce Wielkoskalowa struktura czasoprzestrzeni(ang.) (The Large Scale Structure of Spacetime[20]). Dzięki zastosowaniu złożonych modeli matematycznych wyprowadzonych z ogólnej teorii względności dowiedli, że istnienie osobliwości (jakimi są np. czarne dziury) w czasoprzestrzeni jest normalnym zjawiskiem niewymagającym szczególnych warunków[21][22].

Razem z Brandonem Carterem, Wernerem Israelem i D. Robinsonem, wyprowadził matematyczny dowód twierdzenia Johna Wheelera mówiącego, iż każda czarna dziura jest w pełni opisana przez trzy właściwości: masy, momentu pędu i ładunku elektrycznego.

Zasugerował także na podstawie analizy emisji promieniowania gamma, że wkrótce po Wielkim Wybuchu powstawały pierwotne miniaturowe czarne dziury. We współpracy z Bardeenem i Carterem zaproponowali cztery prawa mechaniki czarnych dziur analogiczne do znanych z termodynamiki.

W następnym – „kwantowym” okresie współpracownikami Hawkinga byli przede wszystkim Gary Gibbons, Don Page i Jim Hartle[23]. Później astrofizyk zajął się badaniem zunifikowanej teorii pola[24]. W 1974 dowiódł, iż czarne dziury powinny wytwarzać i emitować cząsteczki subatomowe (tzw. promieniowanie Hawkinga) aż do wyczerpania energii i wyparowania w wyniku kreacji po obu stronach horyzontu zdarzeń par cząstka-antycząstka na koszt energii pola grawitacyjnego[25]. Jak dotąd jest to jedynie niepotwierdzona obserwacjami hipoteza. W wyniku tego wycofał się z twierdzenia, że materia, która raz wleci do czarnej dziury, już z niej nie wróci.

We współpracy z Jimem Hartlem, używając wprowadzonego przez Richarda Feynmana pojęcia tzw. czasu urojonego, stworzył model czasoprzestrzeni pozbawionej krawędzi: „…jeżeli Wszechświat (…) nie ma żadnych granic ani brzegów, to nie ma też początku ani końca, po prostu istnieje” – napisał w Krótkiej historii czasu, zastanawiając się jednocześnie nad wątpliwą rolą Boga: „Gdzież jest wtedy miejsce dla Stwórcy?”[26]. Zastąpił początkową osobliwość w modelu Wielkiego Wybuchu koncepcją analogiczną do bieguna północnego: nie można podróżować na północ od niego, więc nie stanowi krawędzi[27]. Podczas kiedy początkowo propozycja czasoprzestrzeni pozbawionej krawędzi przewidywała zamknięty model Wszechświata, dyskusje z Neilem Turokiem doprowadziły do stwierdzenia, iż jest zgodna także z Wszechświatem, który nie jest zamknięty.

W lipcu 2004 zaprezentował nową teorię dotyczącą czarnych dziur, sprzeczną z żywionym długo przekonaniem, iż informacja przekraczająca horyzont zdarzeń już nie może powrócić do wszechświata, z którego pochodzi, co oznaczałoby, iż zgodnie z twierdzeniem Wheelera wszystkie czarne dziury są identyczne i mogą się różnić tylko trzema podstawowymi parametrami. Problem wynikający z tego twierdzenia to implikacja, iż czarna dziura emituje promieniowanie niezależnie od tego, co się do niej dostaje, więc jeśli w pełni określony stan kwantowy dostanie się za horyzont zdarzeń, wyemitowany zostanie stan mieszany. Jest to sprzeczne z regułami mechaniki kwantowej i znane jest jako paradoks informacyjny czarnej dziury.

W 2006 razem z Thomasem Hertogiem z CERN Hawking zaproponował teorię „top-down cosmology”[28], która mówi, iż Wszechświat nie miał jakiegoś określonego, wyjątkowego stanu początkowego, więc teoria, która miałaby wyprowadzić obecny stan Wszechświata z jakiegoś początku, nie jest potrzebna. Stan obecny niejako wybiera wersję przeszłości z superpozycji wielu możliwych historii. Stanowi to rozwiązanie problemu przyczyn obecnego ustawienia stałych fizycznych, jest bowiem nieuniknione, że znajdziemy obecne parametry stałych fizycznych, gdyż obecny Wszechświat wybiera te wersje historii, które do nich prowadzą. W ten sposób dostarcza antropicznego wyjaśnienia, dlaczego znajdujemy się we Wszechświecie, w którym istnieć może materia i życie, bez przywoływania teorii multiwersum.

Inne badania Hawkinga dotyczą kosmologii kwantowej, inflacji kosmologicznej, powstawania helu we wszechświatach anizotropowego Wielkiego Wybuchu, macierzy gęstości Wszechświata, topologii i struktury Wszechświata, „wszechświatów niemowlęcych”, macierzy S, splątania kwantowego i entropii, natury czasu i przestrzeni, włączając w to także strzałkę czasu, piany czasoprzestrzeni, teorii strun, supergrawitacji, euklidesowej grawitacji kwantowej, teorii grawitacji, fal grawitacyjnych i tuneli czasoprzestrzennych, funkcji falowej Wszechświata.

Najnowsze wpisy

Poniżej znajdziesz trzy ostatno opublikowane artykuły - dzięki temu łatwo można sprawdzić, czy na blogu pojawiło się coś nowego.

Izaac Newton

Izaac Newton: Matematyczne zasady filozofii naturalnej

Jako pierwszy wykazał, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi, jak i ruchem ciał niebieskich. Jego dociekania doprowadziły do rewolucji naukowej i powszechnego przyjęcia teorii heliocentryzmu. Podał matematyczne uzasadnienie dla praw Keplera i rozszerzył je udowadniając, że orbity (w większości – komet) są nie tylko eliptyczne, ale mogą być też hiperboliczne i paraboliczne.

Albert Einstein

Albert Einstein: Teoria Względności

Ogólna teoria względności – teoria grawitacji, która rozszerza prawo powszechnego ciążenia. Uwzględnia ona efekty STW (Szczególna Teoria Względności) takie jak istnienie prędkości nieprzekraczalnej. Jednocześnie opiera się na zasadzie równoważności i uogólnieniu zasady względności znanej z STW czyli do teorii czasoprzestrzeni i ruchu, odnoszącej się głównie do inercjalnych układów odniesienia

stephen hawking

Stephen Hawking: Istnienie osobliwości i Promieniowanie Hawkinga

teoria fizyczna z której wynika, że czarne dziury mogłyby emitować promieniowanie. Jak do tej pory takiej emisji nie udało się potwierdzić obserwacyjnie. Teoria ta łączy w sobie zupełnie różne opisy z zakresu ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej.

Kontakt z autorem

Jeśli masz ochotę podyskutować, zaproponować temat wpisu lub nawiązać współpracę reklamową - zapraszam do kontaktu mailowego, proszę jednak o wyozumiałość co do czasu udzielenia przeze mnie odpowiedzi.

Nawiązanie współpracy