Stephen Hawking, ahli fizik yang memulihkan semula alam semesta dan merangsang zarah-zarah yang digerakkan dari kawasan sempadan hitam lubang hitam, bertukar 76 hari ini (8 Jan).
Sebagai tambahan kepada kosmologi terkenal di dunia, Hawking telah menjadi ikon budaya pop. Dia seorang tokoh yang menarik: seorang jenius meringkuk di dalam badan yang sebahagian besarnya tidak dimobilisasi oleh sklerosis lateral amyotrophic, atau ALS. Dia disokong oleh kerusi roda maju, dan berkomunikasi dengan dunia melalui sistem yang jarang dan khusus yang menukarkan pergerakan otot tunggal di pipinya ke dalam ucapannya. Dalam mod itu, dia muncul di "Star Trek: The Next Generation," "The Simpsons" dan "The Big Bang Theory."
Tetapi legasi Hawking yang paling kekal akan menjadi ahli fizik yang paling penting pada separuh kedua abad ke-20 - seorang penyelidik yang mengambil karya-karya angka sebelumnya seperti Albert Einstein dan Werner Heisenberg dan merajuknya menjadi sesuatu yang mendekati penjelasan yang jelas bagi tingkah laku kosmos.
"Terdapat keistimewaan di masa lalu kita"
Tidak ada kisah genius yang baik bermula dengan apa-apa yang kurang daripada satu, jadi wajar bahawa pencapaian besar pertama Hawking adalah juga tesis kedoktorannya di University of Cambridge.
Tesis Hawking, yang diluluskan pada tahun 1966, membuat hujah dramatik: bahawa seluruh alam semesta bermula sebagai titik tunggal, tak terhingga kecil dan padat dan bergulung ke atas dirinya sendiri - satu titik pada permulaan segala sesuatu. Atau, seperti yang dia tulis kemudian, dengan ringkas: "Ada keistimewaan di masa lalu kita."
Ini adalah penerangan pertama Big Bang seperti yang biasa dipahami hari ini: titik yang sangat kecil pada masa yang jauh yang meletupkan kosmos yang moden dan berkembang.
Seperti dijelaskan oleh Hawking dalam kuliahnya 2005 "The Origin of the Universe," tesisnya tiba pada saat ahli-ahli sains telah melihat bahawa ruang angkasa kosong yang luas, yang meletus di antara galaksi, berkembang. Tetapi mereka tidak pasti mengapa. Sesetengah ahli fizik mencadangkan versi yang lebih lemah daripada konsep Big Bang, mengurangkan keunikannya. Tetapi teori lain, yang dipanggil Universe State yang mantap, dominan.
"Sebagai galaksi dipisahkan," kata Hawking tentang Universe State Steady, "gagasannya adalah bahawa galaksi baru akan terbentuk daripada perkara yang sepatutnya terus dicipta di seluruh angkasa. Alam semesta akan wujud selama-lamanya dan akan kelihatan sama di sepanjang masa."
Dalam erti kata lain, banyak saintis berpendapat bahawa alam semesta berkembang, tetapi dengan cara yang tidak memberi permulaan dan tiada akhir.
Sebagai penulis biografi Kitty Ferguson menulis dalam bukunya "Stephen Hawking: Unfettered Mind" (St Martin's Griffin, 2012), Hawking bergelut dengan kemurungan dalam beberapa bulan selepas diagnosis ALS pada tahun 1963 pada usia 21 tahun, dan penyakit mental itu berterusan, tidak pernah tiba di tesisnya. Tetapi kemelesetannya berkurangan kerana ia menjadi jelas bahawa dia terlalu mengharapkan dan apabila dia diberikan pengecualian daripada peraturan Cambridge yang mengawal pelajar siswazah, membenarkan dia menikahi isteri pertamanya, Jane Wilde, menurut Ferguson.
Dalam tempoh itu sebelum dia sampai pada subjek tesis kedoktorannya, Hawking melaporkan rasa kecewa dengan cara penyelidik menyibukkan dirinya dengan kerja yang dianggapnya sepele.
"Orang ramai begitu gembira dapat mencari penyelesaian untuk persamaan medan, mereka tidak menanyakan kepentingan fizikal, jika ada," katanya kemudian dalam kuliah ulang tahunnya 2002.
Kekecewaan itu menyebabkan dia berus pertama dengan ketenaran. Ketika Ferguson menceritakan, Hawking mengembara pada bulan Jun 1964 untuk mendengar ceramah Fred Hoyle, ahli astronomi terkenal dan penyokong teori Universe Steady State. Semasa ceramahnya, Hawking menjadi sangat kecewa sehingga dia mengikat dirinya dengan kakinya, bersandar pada tongkatnya, mencabar salah satu keputusan Hoyle.
"Hoyle terkejut bertanya kepada Hawking bagaimana dia boleh menilai sama ada keputusan itu betul atau salah," tulis Ferguson. "Hawking menjawab bahawa dia telah 'mengerjakannya.'"
Para penonton terkesan, dan Hoyle "marah," oleh pelajar siswazah yang tidak diketahui ini yang telah menemui penyelidikan profesor di kepalanya semasa ceramah, Ferguson menulis. (Malah, Hawking telah berkawan dengan salah seorang pelajar Hoyle dan mula menyerang idea itu jauh sebelum kuliah.)
Tidak lama selepas itu, Ferguson menulis, Hawking mempelajari tentang teori kosmologi yang dikembangkan oleh ahli matematik Roger Penrose: bahawa singulariti, titik-titik ketumpatan tak terhingga dan kelengkungan ruang masa berteori dalam kerelatifan umum, mungkin sebenarnya muncul apabila bintang yang cukup besar runtuh pada diri mereka sendiri.
"Hawking berlepas dari sana," Ferguson menulis, "membalikkan arah masa, dan mempertimbangkan apa yang akan berlaku jika titik ketumpatan inifinit dan kelengkungan yang tidak terhingga ruang-waktu - keunatan - meletup ke luar dan berkembang. itu.Kakan masa ruang, bergulung ketat di titik kecil, tidak berdimensi, meletup dalam apa yang kita panggil Big Bang dan berkembang sehingga ia kelihatan seperti ia hari ini. Mungkin ia telah berlaku seperti itu? Mesti ia telah berlaku seperti itu? "
Hawking terpaksa bekerja, menyokong tren spekulasi dengan pengiraan sokongan kuat. Tesis doktornya, berdasarkan perhitungan-perhitungan itu, telah diluluskan pada tahun 1966. Pengiraan itu, bersama dengan penyelidikan susulan yang dijalankan dengan kerjasama Penrose selama dekade yang berikutnya, membentuk dasar untuk pemahaman modern saintis tentang Big Bang.
Pada masa yang sama, ramalan utama tertentu dari teori Steady Universe Universe mula gagal ujian eksperimen, menyusun status Hawking sebagai penemu sejarah sejati alam semesta awal.
Letupan hitam lubang?
Jika pencapaian hanya Hawking dalam kerjayanya telah menemui bentuk bersejarah alam semesta, dia akan tetap menjadi seorang gergasi - jenis orang yang disebut bersama Rosalind Franklin, yang menemui DNA dua helix DNA, atau Nicolaus Copernicus, yang pertama kali mencadangkan model heliosentrik sistem suria. Tetapi itu adalah yang pertama daripada dua kejayaan yang telah ditetapkan oleh Hawking.
Yang kedua, radiasi Hawking, memerlukan sedikit pemahaman tentang dua perkara: lubang hitam dan mekanik kuantum ruang kosong.
Pertama, mengenai lubang hitam: Lubang hitam adalah bintang yang telah runtuh dengan sendirinya dan menjadi sangat graviti sehingga bahkan cahaya dapat melarikan diri dari rantau di sekitar pusatnya. Di luar titik itu, dipanggil cakrawala acara, ruang masa begitu melengkung bahawa segala sesuatu yang jatuh di belakang kain kafan itu hilang selamanya. Lubang hitam, menurut pemahaman ini pada awal tahun 1970-an, tidak pernah memancarkan cahaya, tidak pernah mengecut, tidak pernah kehilangan massa; ia hanya memperolehi jisim dan menarik lebih banyak ruang ke dalam wilayahnya yang diselubungi.
Kedua, pada mekanik kuantum: Pada masa karier Hawking, para saintis telah lama mengetahui bahawa ketidakpastian Heisenberg pricinple menunjukkan bahawa ruang kosong tidak benar-benar kosong. Sebaliknya, ia merebak dengan zarah-zarah "maya" - pasangan matawang antimatter yang muncul bersama-sama, terpisah dan kemudian jatuh ke dalam satu sama lain dan memusnahkan dalam jangka masa yang terlalu pendek untuk diukur. (Ahli-ahli sains berhujah hari ini sama ada zarah-zarah maya ini benar-benar wujud atau muncul hanya dalam persamaan kuantum kerana sifatnya yang aneh dan kebarangkalian.)
Pada akhir musim panas tahun 1973, Stephen dan Jane Hawking menghadiri siri syarahan di Warsaw, Poland, untuk merayakan hari ke-500 Copernicus, Ferguson menulis. Di sana, Hawking menemui dua ahli fizik Soviet, Yakov Borisovich Zel'dovich dan pelajarnya Alexei Alexandrovich Starobinsky, yang telah menunjukkan bahawa tenaga lubang hitam berputar akan menghasilkan zarah di luar cakrawala acara mereka. Zarah-zarah itu akan hilang ke angkasa lepas, Zel'dovich dan Starobinsky berkata dalam kuliah mereka, memecahkan beberapa putaran lubang hitam ketika mereka pergi. Akhirnya, Zel'dovich dan Starobinsky berkata, lubang hitam akan berhenti berputar.
Idea itu terperangkap dalam kepala Hawking, Ferguson menulis, dan dia kembali ke Cambridge untuk mengulang dan menyempurnakan pengiraan Zel'dovich dan Starobinksy. Tetapi apabila dia mengambil tikaman pertama pada hasil mereka, sesuatu yang baru dibentangkan.
"Saya mendapati, saya terkejut dan kecewa, bahawa walaupun lubang hitam yang tidak merosakkan sepatutnya mencipta dan memancarkan zarah pada kadar yang mantap," dia kemudian menulis dalam buku 1988 nya "Suatu Sejarah Singkat Masa."
Inilah sebabnya, seperti yang dijelaskan dalam buku itu:
Sekiranya lubang hitam wujud di ruang angkasa dan telah mendefinisikan cakrawala acara, dan jika ruang tetap berlari dengan maya "pasang zarah-diri yang memusnahkan, maka kadang-kadang zarah-zarah tersebut mesti muncul tepat di tepi lubang peristiwa lubang hitam. daripada pasangan zarah tersebut mesti kelihatan dengan sempurna dengan satu zarah antimatel negatif yang dipisahkan ke satu sisi cakerawala peristiwa dan zarah jisim positif yang lain dipisahkan ke sisi yang lain.
Keadaan yang pelik itu akan secara berkesan "meningkatkan" zarah dari semiexistence maya mereka ke realiti penuh, Hawking menyedari, kerana mereka akan berpisah cukup untuk tidak memusnahkan. Ini bermakna bahawa zarah-zarah tenaga dan jisim akan muncul dari permukaan cakrawala acara hitam. Dan arus tenaga itu, yang memancar keluar dari apa yang dipercayai oleh ahli fizik sebelumnya adalah badan gelap yang kekal, mengambil nama radiasi Hawking, selepas dia menyifatkannya dalam kertas 1974 di Alam bertajuk "Letupan Hole Hitam?"
Sinaran Hawking mendadak mengubah fizik cara memahami alam semesta. Sebelum kesedaran Hawking, saintis percaya bahawa apa-apa perkara atau tenaga yang hilang ke lubang hitam hilang dari alam semesta yang lebih luas selama-lamanya, sehingga cakrawala acara 'lubang hitam akan bertindak sebagai dinding dari luar yang beberapa benda alam semesta tidak akan kembali.
Tetapi penemuan Hawking menunjukkan bahawa lubang hitam akan merosot lebih cepat dan lebih cepat dari masa ke masa. Bagi setiap zarah positif yang mengalir dari permukaan kejadian ke alam semesta yang lebih luas, zarah negatif dengan tenaga dan jisim negatif akan kembali ke ruang luar cakrawala, mengurangkan jumlah jisim dan tenaga yang terkunci di sana. Lama kelamaan, proses itu akan menyebabkan lubang hitam mengecut. Dan ketika mereka menyusut, mereka akan menjadi lebih aktif dengan radiasi Hawking dan mengecut lebih cepat.
Hawking meramalkan bahawa alam semesta mesti mengandungi "lubang hitam primordial" yang muncul bukan dari runtuhan bintang tetapi dari tekanan melampau alam semesta awal. Lubang-lubang hitam ini, menurutnya, akan menyusut dengan ketara selama berbilion-bilion tahun yang berlainan dan cakrawala acara kecil mereka akan mengeluarkan sinar kuat dari radiasi Hawking.
"Lubang-lubang tersebut tidak pantas hitam: mereka betul-betul putih panas, "tulisnya dalam" Sejarah Ringkas Masa. "
Akhirnya, Hawking membuat keputusan, mereka akan meletup.
Sebagai Hawking mula berkongsi idea ini, Ferguson menulis dalam "Pikiran yang Tidak Terpengalaman," rakan sebayanya menerimanya sebagai baik atau sesat. Apabila Penrose mendengar bisikan, dia memanggil Hawking sama seperti ahli fizik duduk di majlis jamuan makan malamnya pada tahun 1974 dan mengucapkan tahniah kepadanya untuk makan malamnya. Tetapi beberapa bulan kemudian, moderator di simposium di mana Hawking membentangkan usulnya untuk mengisytiharkannya sebagai 'sampah'.
Hari ini, ia dianggap sebagai fakta saintifik asas.
Di luar lubang hitam
Dalam empat setengah dekad sejak "Letupan Hitam Hitam?" Hawking terus menerbitkan penyelidikan yang memisahkan asas-asas alam semesta - termasuk idea-idea yang menyerang sumbangannya sendiri sebelum ini. (Lihat, contohnya, tajuk utama 2014 dalam Alam, "Stephen Hawking: Tidak Ada Lubang Hitam".)
Hawking telah menjadi yang paling terkenal dalam kerjayanya kemudian sebagai komunikator sains. Beliau telah menyusun "Sejarah Singkat Masa" klasik 1988 dengan 10 lagi karya sains popular dan memoir, bertajuk "Sejarah Singkat Saya" (Random House, 2013).
Tidak mustahil untuk membicarakan sumbangan besar Hawking kepada pemahaman manusia tentang alam semesta tanpa mengakui konteks kesihatannya yang semakin merosot. Sumbangan dua semangat Hawking untuk fizik datang dalam tempoh yang sama di mana dia berubah dari seorang lelaki muda yang mampu berjalan sendiri kepada seorang lelaki yang terhad kepada kerusi roda, melambungkan ucapannya dan bergantung kepada isterinya untuk menyalin fikirannya .
ALS melumpuhkan badan, tetapi - sekurang-kurangnya dalam kes Hawking - ia tidak merosakkan fikiran. Dan untuk itu, Ferguson menulis, Hawking telah lama menghitung dirinya "sangat bertuah."
"Memang benar pada tahun 1964, dan hari ini," Ferguson menulis, "sejauh Hawking prihatin, semakin kurang masalah fizikalnya, semakin baik. Saya mengiktiraf pada tahun 1989, semasa wawancara untuk buku pertamanya tentang dia, bahawa jika saya menulis mengenai kerja saintifiknya dan gagal sepenuhnya untuk menyebutkan bahawa melakukan kerja itu mungkin mewakili lebih banyak pencapaian untuknya berbanding dengan kebanyakan orang, itu akan sesuai dengannya. "
Hawking telah muncul yang paling selesa membincangkan ketidakupayaan dalam konteks aktivisme beliau, yang telah ketara. Pada tahun 1999, beliau menyertai sekumpulan 12 tokoh terkemuka, termasuk aktivis Afrika Selatan, Desmond Tutu, dalam menandatangani piagam yang menyeru kerajaan dunia untuk mengubah hubungan mereka dengan penduduk kurang upaya dan mengembangkan perkhidmatan yang meningkatkan kehidupan orang kurang upaya.
Hawking juga menjadi pertahanan penjagaan kesihatan sejagat dan Perkhidmatan Kesihatan Kebangsaan (NHS) yang terkemuka, yang akan menyerang Setiausaha Kesihatan Parti Konservatif Jeremy Hunt dalam ucapan Ogos 2017 untuk pembiayaan yang tidak mencukupi dan menyokong program itu.
"Saya tidak akan berada di sini tanpa NHS," kata Hawking.
Hawking cenderung untuk mendapatkan perhatian yang paling untuk idea-ideanya mengenai masa depan manusia ketika dia mengulas mengenai kecerdasan buatan atau makhluk asing. Tetapi sebahagian besar pengumumannya mengenai subjek itu telah menjadi lebih rendah: melawan peperangan, membimbangkan bahawa Presiden A.S. Donald Trump yang memecat perubahan iklim boleh merosakkan planet ini, dan menyertai boikot akademik global Israel.
Sains Live mengucapkan selamat hari jadi yang sangat gembira dan banyak lagi.
