Stephen Hawking, fizičar koji je obnovio svemir i preskakao pojačane čestice iz vrućih pograničnih područja crnih rupa, danas navršava 76 godina (8. siječnja).
Osim što je svjetski poznati kozmolog, Hawking je postao nešto od ikone pop kulture. On je upečatljiv lik: genij uvijen u tijelu koje je uglavnom imobilizirano amiotrofičnom lateralnom sklerozom ili ALS-om. Podržava ga napredna invalidska kolica i komunicira sa svijetom putem rijetkog i specijaliziranog sustava koji pokretima jednog mišića u obrazu pretvara u govor. U tom se modu pojavio u filmovima "Zvjezdane staze: Sljedeća generacija", "Simpsonovi" i "Teorija velikog praska".
Ali Hawkingovo najduže nasljeđe bit će kao najvažniji fizičar druge polovice 20. stoljeća - istraživač koji je uzeo ranija djela ličnosti poput Alberta Einsteina i Wernera Heisenberga i sastavio ih u nešto što bi pristupalo koherentnom objašnjenju ponašanja kosmos.
"Postoji jedinstvenost u našoj prošlosti"
Nijedna dobra genijalna priča ne započinje ničim manjim od praska, pa je prikladno da je prvo veliko postignuće Hawkinga bio i njegov doktorski rad na Sveučilištu u Cambridgeu.
Hawkingova teza, odobrena 1966., dala je dramatičan argument: da je čitav svemir počeo kao jedna točka, beskonačno mali i gust i uvijen na sebe - točka na početku svega. Ili, kako bi kasnije napisao, sažeto: "U našoj prošlosti postoji jedinstvenost."
Bio je to prvi opis Velikog praska kako se danas obično razumije: beskonačno mala točka u dalekom vremenu koja je provalila u naš moderni, sve širi kozmos.
Kako je Hawking opisao u svom predavanju iz 2005. "Podrijetlo svemira", njegova je teza stigla u trenutku kada su znanstvenici vidjeli da se ogromni prazni dosezi svemira, provalije između galaksija, šire. Ali nisu bili sigurni zašto. Neki su fizičari predložili slabije verzije koncepta Velikog praska, minus singularnost. Ali druga je teorija, nazvana Svemir stabilnog stanja, bila dominantna.
"Kako su se galaksije odmicale", rekao je Hawking iz svemira stabilnog stanja, "ideja je bila da se nove galaksije formiraju od materije koja bi se trebala neprekidno stvarati u svemiru. Svemir bi postojao zauvijek i izgledao bi isto na Sva vremena."
Drugim riječima, mnogi su znanstvenici smatrali da se svemir širi, ali na način koji mu nije dao početak i kraj.
Kao što je biografkinja Kitty Ferguson napisala u svojoj knjizi "Stephen Hawking: Nepopunjeni um" (St. Martin's Griffin, 2012), Hawking se borio s depresijom u mjesecima nakon dijagnoze ALS iz 1963. godine u dobi od 21 godine, i ako je ta mentalna bolest ustrajala, mogao bi nikad nisu stigli do njegove teze. Ali njegova depresija je opala jer je postalo jasno da on nadmašuje očekivanja i kad mu je odobren izuzetak od Cambridgeovih pravila koja reguliraju studente, što mu je omogućilo da oženi svoju prvu suprugu Jane Wilde, prema Fergusonu.
Tijekom tog razdoblja prije nego što je stigao na temu doktorske teze, Hawking je izvijestio da se osjeća frustrirano načinom na koji se istraživači bave poslom koji je smatrao krajnje trivijalnim.
"Ljudi su bili tako zadovoljni da su pronašli rješenje jednadžbi polja; nisu se pitali kakav fizički značaj ima, ako ih ima", rekao je kasnije u svom predavanju za rođendan 2002. godine.
Ta frustracija dovela ga je do prvog kista s notornošću. Kako je Ferguson pripovijedao, Hawking je otputovao u lipnju 1964. godine na predavanje Freda Hoylea, poznatog astronoma i zagovornika teorije Svemira Steady State. Tijekom predavanja Hawking je postao toliko frustriran da se podigao na noge, oslanjajući se na svoju palicu, kako bi izazvao jedan od Hoyleovih rezultata.
"Iznenađeni Hoyle pitao je Hawkinga kako može uopće prosuditi je li rezultat pravi ili pogrešan", napisao je Ferguson. "Hawking mu je odgovorio da ga je 'sredio'."
Publika je bila impresionirana, a Hoylea je "naljutio" ovaj nepoznati diplomski student koji se na predavanju pojavio kako bi razdvojio profesorsko istraživanje u glavi, napisao je Ferguson. (U stvari, Hawking se sprijateljio s jednim Hoyleovim studentom i počeo napadati tu ideju mnogo prije predavanja.)
Ubrzo nakon toga, napisao je Ferguson, Hawking je saznao za kosmološku teoriju koju je razvio matematičar Roger Penrose: da će se singularnosti, točke beskonačne gustoće i zakrivljenosti prostora i vremena teoretizirane u općoj relativnosti, zapravo pojaviti kada se dovoljno velike zvijezde sruše na sebe.
"Hawking je odande poletio", napisao je Ferguson, "preokrenuo smjer vremena i razmotrio što će se dogoditi ako točka neograničene gustoće i beskonačne zakrivljenosti prostora-vremena - singularnost - eksplodira prema van i proširi se. Pretpostavimo da je svemir počeo poput Pretpostavimo da se prostor-vrijeme, uvijen čvrsto u sićušnoj, bezdimenzionalnoj točki, eksplodirao u onome što nazivamo Veliki prasak i proširio dok ne izgleda kao danas. Moglo bi se dogoditi tako? Mora dogodilo se tako? "
Hawking je krenuo na posao, potkrijepivši svoj nagađaj robusnim potpornim proračunima. Njegov doktorski rad, temeljen na tim proračunima, odobren je 1966. Te su kalkulacije, zajedno s naknadnim istraživanjima provedenim u suradnji s Penroseom tijekom desetljeća koje je uslijedilo, činile temelj za moderno razumijevanje znanstvenika Velikog praska.
Otprilike u isto vrijeme, određena ključna predviđanja teorije o stabilnom stanju svemira počela su neuspjeh eksperimentalnih testova, cementirajući Hawkingov status otkrivača prave povijesti ranog svemira.
Eksplozije u crnoj rupi?
Da je Hawkingovo jedino postignuće u karijeri otkrilo povijesni oblik svemira, on bi i dalje bio div - vrsta osobe koja se spominje zajedno s Rosalind Franklin, koja je otkrila oblik DNA s dvostrukom spirali, ili Nicolaus Kopernik, koji je prvi predložio heliocentrični model Sunčevog sustava. Ali to je bio samo prvi od Hawkingovih dva definirajuća postignuća.
Drugo, Hawkingovo zračenje, zahtijeva malo razumijevanja dvije stvari: crne rupe i kvantne mehanike praznog prostora.
Prvo, o crnim rupama: Crna rupa je zvijezda koja se srušila na sebi i postala toliko gravitaciono intenzivna da čak niti svjetlost ne može pobjeći od regije oko njenog središta. Iza te točke, koja se naziva horizont događaja, prostor-vrijeme je toliko zakrivljen da se sve što padne iza plašta zauvijek izgubi. Crna rupa, prema ovom razumijevanju ranih 1970-ih, nikada ne emitira svjetlost, nikada se ne smanjuje, nikad ne gubi masu; ona samo dobija na masi i privlači više prostora na svoj zakamufliran teritorij.
Drugo, o kvantnoj mehanici: U vrijeme Hawkingove karijere, znanstvenici su dugo znali da Heisenbergov princip neizvjesnosti podrazumijeva da prazan prostor zapravo nije prazan. Umjesto toga, ono se kreće s "virtualnim" česticama - parovima materije-antimaterija koje se pojavljuju zajedno, razdvajaju se, zatim se sudaraju jedno u drugo i uništavaju u vremenskom razmaku, prekratkom za mjerenje. (Znanstvenici se do danas svađaju postoje li te virtualne čestice ili se pojavljuju samo u kvantnim jednadžbama zbog njihove čudne, vjerojatne prirode.)
U kasno ljeto 1973. Stephen i Jane Hawking prisustvovali su nizu predavanja u Varšavi u Poljskoj, slavivši Kopernikov 500. rođendan, napisao je Ferguson. Tamo je Hawking naišao na dvojicu sovjetskih fizičara, Jakova Borisoviča Zel'dovicha i njegovog učenika Alekseja Aleksandroviča Starobinskog, koji su pokazali da će energija vrtnje crnih rupa stvoriti čestice upravo izvan njihovih horizonta događaja. Te će se čestice maknuti u svemir, rekli su Zel'dovich i Starobinsky u svom predavanju ispijajući dio zuba crne rupe dok su odlazili. Na kraju, rekli su Zel'dovich i Starobinski, crne rupe prestale bi se vrtjeti.
Ideja se zaglavila u Hawkingovoj glavi, napisao je Ferguson, a on se vratio u Cambridge da ponovi i precizira Zel'dovichove i Starobinksijeve proračune. Ali kad je prvi pregledao njihove rezultate, odvilo se nešto novo.
"Otkrio sam, na svoje iznenađenje i neugodnost, da čak i crne rupe koje se ne bave očigledno trebaju stvarati i emitirati čestice stalnom brzinom", napisao je kasnije u svojoj knjizi iz 1988. "Kratka povijest vremena."
Evo zašto, kako je objasnio u toj knjizi:
Ako crne rupe postoje u prostoru i imaju definirane horizonte događaja, a ako se prostor neprekidno vrti virtualnim "parovima samo-uništavajućih čestica, onda ponekad te čestice moraju nastati upravo na rubovima horizonata događaja crnih rupa. U stvari, neki od tih parova čestica mora se nalaziti savršeno smješten s jednom česticom antimaterije negativne mase odvojene s jedne strane horizonta događaja, a druga čestica materije s pozitivnom masom odvojena s druge strane.
Ta bi čudna okolnost učinkovito "pojačala" čestice iz njihovog virtualnog poluživota u potpunu stvarnost, shvatio je Hawking, jer bi se oni razdvojili dovoljno da se ne unište. To je značilo da će se čestice energije i mase pojaviti na površini horizonta događaja crnih rupa. A ta struja energije koja zrači prema onome za što su fizičari ranije vjerovali da su vječno tamna tijela, dobila je ime Hawkingove radijacije, nakon što je to opisala u radu iz 1974. u prirodi pod naslovom "Eksplozije u crnoj rupi?"
Hawkingova radijacija duboko je promijenila način na koji su fizičari razumjeli svemir. Prije Hawkingove spoznaje, znanstvenici su vjerovali da bilo koja materija ili energija izgubljena u crnoj rupi zauvijek nestaje iz šireg svemira, tako da će horizonti događaja crnih rupa djelovati kao zidovi od kojih se neke stvari iz svemira nikada neće vratiti.
Ali Hawkingovo otkriće pokazalo je da će se crne rupe s vremenom raspadati sve brže i brže. Za svaku pozitivnu česticu koja je strujala s površine horizonta događaja van u širi svemir, negativna čestica s negativnom energijom i masom pala bi natrag u prostor izvan horizonta događaja, smanjujući ukupnu masu i energiju tamo zaključane. S vremenom bi taj proces uzrokovao smanjivanje crnih rupa. I kako su se smanjivali, postali bi aktivniji s Hawkingovim zračenjem i brže bi se smanjili.
Hawking je predvidio da svemir mora sadržavati "iskonske crne rupe" koje su nastale ne iz rušećih zvijezda, već iz ekstremnih pritisaka ranog svemira. Te crne rupe, zaključio je, znatno bi se smanjile tijekom milijardi godina koje su uslijedile, a njihovi mali horizonti događaja istiskivali bi snažne zrake Hawkingove radijacije.
"Ovakve rupe jedva zaslužuju crno: stvarno su Bijelo vruće, "napisao je u" Kratkoj povijesti vremena. "
Na kraju, odlučio je Hawking, eksplodirati.
Kako je Hawking počeo dijeliti tu ideju, Ferguson je napisao u "Nepopunjenom umu", njegovi su vršnjaci primili ili briljantno ili heretički. Kad je Penrose čuo šapat toga, nazvao je Hawkinga upravo dok je fizičar sjedio za večerom za rođendan 1974. i čestitao mu toliko dugo da mu je večera postala hladna. No, nekoliko mjeseci kasnije moderator na simpoziju gdje je Hawking predstavio svoj prijedlog ustao je i proglasio ga "potpunim smećem".
Danas se to smatra osnovnom znanstvenom činjenicom.
Iza crnih rupa
U četiri i pol desetljeća od "eksplozije u crnoj rupi?" Hawking je nastavio objavljivati istraživanje koje otima središnje točke svemira - uključujući ideje koje napadaju njegove ranije doprinose. (Pogledajte, primjerice, iznenađujući naslov iz 2014. u prirodi, "Stephen Hawking: Nema crnih rupa".)
Hawking je postao najpoznatiji u kasnijoj karijeri znanstvenog komunikatora. Pratio je klasik iz 1988. "Kratka povijest vremena" s još 10 djela popularne znanosti i memoarom pod nazivom "Moja kratka povijest" (Random House, 2013).
Nemoguće je govoriti o Hawkingovu ogromnom doprinosu ljudskom razumijevanju svemira bez priznavanja konteksta njegovog dugog propadanja zdravlja. Hawkingova dva osnovna doprinosa fizici nastala su tijekom istog razdoblja u kojem se transformirao iz mlade osobe koja je mogla samostalno hodati u muškarca koji je bio vezan za invalidska kolica, zataškala njegov govor i oslanjala se na svoju suprugu da prepiše svoje misli ,
ALS paralizira tijelo, ali - bar u Hawkingu - ne oštećuje um. A zbog toga, napisao je Ferguson, Hawking se već dugo smatrao "izuzetno sretnim".
"To je bila istina 1964. godine, a danas je to bilo," napisao je Ferguson, "da što se Hawkinga tiče, manje je napravljen od njegovih fizičkih problema, to bolje. Prepoznao sam 1989. tijekom intervjua za svoju prvu knjigu o njemu, da ako bih pisao o njegovom znanstvenom radu i u potpunosti ne bih spomenuo da bi mu takav rad možda predstavljao više dostignuće nego što bi bilo većini ljudi, to bi mu odgovaralo. "
Hawkingu se činilo najugodnije raspravljati o invalidnosti u kontekstu njegovog aktivizma, koji je bio značajan. Godine 1999. pridružio se grupi od 12 istaknutih osoba, među kojima je i južnoafrički aktivist Desmond Tutu, potpisujući povelju kojom je pozvao svjetske vlade da transformišu odnose sa svojom invalidnom populacijom i prošire usluge koje poboljšavaju život osoba s invaliditetom.
Hawking je također bio istaknuti branitelj univerzalne zdravstvene zaštite i Nacionalne zdravstvene službe Ujedinjenog Kraljevstva (NHS), išao je tako daleko da je u govoru u kolovozu 2017. napao ministra konzervativne stranke Jeremyja Hunta zbog nedovoljnog financiranja i podrške programu.
"Ne bih bio ovdje bez NHS-a", rekao je Hawking.
Hawking ima najviše pozornosti za svoje ideje o budućnosti čovječanstva kada komentira umjetnu inteligenciju ili vanzemaljce. Ali većina njegovih izgovora na tu temu bila je sve više do temelja: suprotstavljanje ratovima, zabrinutost da bi odbacivanje američkih predsjednika Donalda Trumpa klimatskim promjenama moglo naštetiti planeti i pridružiti se globalnom akademskom bojkotu Izraela.
Znanost uživo želi Hawkingu jako sretan rođendan i još mnogo toga.
