Kad mēs domājam par nozīmīgākajiem skaitļiem zinātnes vēsturē, daudziem vārdiem nāk prātā. Einšteins, Ņūtons, Keplers, Galileo - visi lielie teorētiķi un domātāji, kuri savas dzīves laikā atstājuši neizdzēšamas pēdas. Daudzos gadījumos viņu ieguldījums tiks novērtēts tikai pēc viņu nāves. Bet tiem no mums, kuri šodien ir dzīvi, ir paveicies, ka mūsu vidū ir izcils zinātnieks, kurš sniedza ievērojamu ieguldījumu - Dr Stefans Hokings.
Daudzi uzskatīja par “moderno Einšteinu”, Hokinga darbs kosmoloģijā un teorētiskajā fizikā bija nepārspējams viņa laikabiedru vidū. Papildus savam darbam pie gravitācijas atšķirībām un kvantu mehānikas, viņš bija atbildīgs arī par atklāšanu, ka melnie caurumi izstaro starojumu. Papildus tam Hokings bija kultūras ikona, atbalstot neskaitāmus cēloņus, daudzos televīzijas šovos parādoties kā viņš pats un piesūtot vairākas grāmatas, kas padarījušas zinātni pieejamu plašākai auditorijai.
Agrīnā dzīve:
Hokings dzimis 1942. gada 8. janvārī (Galileo 300. nāves gadadiena) Oksfordā, Anglijā. Viņa vecāki Frenks un Izabells Hokings abi bija studenti Oksfordas universitātē, kur Frenks studēja medicīnu, bet Isobels studēja filozofiju, politiku un ekonomiku. Pāris sākotnēji dzīvoja Highgate, Londonas priekšpilsētā, bet pārcēlās uz Oksfordu, lai izvairītos no sprādzieniem Otrā pasaules kara laikā un drošībā dzemdētu viņu bērnu. Viņiem abiem paliks divas meitas Filipa un Marija, kā arī viens adoptētais dēls Edvards.
Ģimene atkal pārcēlās 1950. gadā, šoreiz uz Svēto Albāņu, Hertfordšīrā, jo Stefana tēvs kļuva par parazitoloģijas vadītāju Nacionālajā medicīnisko pētījumu institūtā (tagad ietilpst Fransisa Krika institūtā). Atrodoties tur, ģimene ieguva reputāciju kā ļoti saprātīga, kaut nedaudz ekscentriska. Viņi dzīvoja taupīgi, dzīvojot lielā, pārblīvētā un slikti uzturētā mājā, braukājot pa pārveidotu taksometru un pastāvīgi lasot (pat pie pusdienu galda).
Izglītība:
Hawking sāka skolas gaitas Byron House skolā, kur viņam bija grūtības lasīt iemācīties (ko viņš vēlāk vainoja skolas “progresīvajās metodēs”.) Kamēr Sentbansā, astoņus gadus vecais Hawking apmeklēja St. Albans High Skola meitenēm dažus mēnešus (kas tajā laikā bija atļauta jaunākiem zēniem). 1952. gada septembrī viņš gadu tika uzņemts Radletas skolā, bet ģimenes finansiālo ierobežojumu dēļ lielāko daļu pusaudža gadu paliks Sentbansā.
Atrodoties tur, Hokings ieguva daudz draugu, ar kuriem viņš spēlēja galda spēles, ražoja uguņošanu, lidmašīnu un laivu modeļus un ilgi diskutēja ar tēmām, sākot no reliģijas un beidzot ar ekstrasensora uztveri. Kopš 1958. gada un ar matemātikas skolotāja Dikran Tahta palīdzību Hawking un viņa draugi no pulksteņa detaļām uzbūvēja datoru, vecu telefona sadales skapi un citas pārstrādātas sastāvdaļas.
Lai arī sākotnēji viņš nebija akadēmiski veiksmīgs, Hokings parādīja ievērojamu piemērotību zinātniskiem priekšmetiem un tika dēvēts par “Einšteinu”. Viņa skolotāja Tahta iedvesmots, viņš nolēma studēt matemātiku universitātē. Viņa tēvs bija cerējis, ka dēls apmeklēs Oksfordu un studēs medicīnu, taču, tā kā tajā laikā tajā nebija iespējams mācīties matemātiku, Hokings izvēlējās studēt fiziku un ķīmiju.
1959. gadā, kad viņam bija tikai 17 gadi, Hokings nokārtoja Oksfordas iestājeksāmenu un viņam tika piešķirta stipendija. Pirmos 18 mēnešus viņš bija garlaikots un vientuļš, pateicoties tam, ka viņš bija jaunāks par vienaudžiem un darbu atrada “smieklīgi viegli”. Otrā un trešā gada laikā Hokings vairāk mēģināja nodibināt saites ar vienaudžiem un kļuva par populāru studentu, iestājoties Oksfordas laivu klubā un attīstot interesi par klasisko mūziku un zinātnisko fantastiku.
Kad pienāca laiks viņa eksāmenam, Hokinga sniegums bija vājš. Tā vietā, lai atbildētu uz visiem jautājumiem, viņš izvēlējās koncentrēties uz teorētiskiem fizikas jautājumiem un izvairījās no visiem, kas prasīja faktu zināšanas. Rezultāts bija rezultāts, kas viņu nostādīja uz robežas starp pirmās un otrās klases apbalvošanu. Nepieciešams pirmās klases apbalvojums par plānotajām kosmoloģijas studijām Kembridžā, viņš bija spiests kārtot eksāmenu (mutisks eksāmens).
Noraizējies, ka viņš tiek uzskatīts par slinku un grūtu studentu, Hawking viva laikā aprakstīja savus nākotnes plānus šādi: “Ja jūs man piešķirat pirmo, es došos uz Kembridžu. Ja saņemšu otro, es palikšu Oksfordā, tāpēc ceru, ka jūs man piešķirsit pirmo. ” Tomēr Hokings tika noturēts augstākā mērā, nekā viņš uzskatīja, un ieguva pirmās klases bakalaura grādu (Hons.), Tādējādi ļaujot viņam turpināt studijas Kembridžas universitātē 1962. gada oktobrī.
Pirmajā doktorantūras gadā Hawkingam radās zināmas sākotnējās grūtības. Viņš atzina, ka matemātikas fons ir neatbilstošs vispārējās relativitātes un kosmoloģijas darbam, un par viņa vadītāju tika iecelts Deniss Viljams Sciama (viens no mūsdienu kosmoloģijas pamatlicējiem), nevis atzīmēja astronomu Fredu Hoilu (uz kuru viņš bija cerējis).
Turklāt tieši viņa absolventu studiju laikā Hokingam tika diagnosticēta agrīni sākusies amiotrofiskā laterālā skleroze (ALS). Pēdējā gada laikā Oksfordā viņš bija piedzīvojis negadījumu, kurā nokrita pa kāpņu lidojumu, kā arī sāka izjust grūtības airējot un neskaidras runas gadījumus. Kad diagnoze tika noteikta 1963. gadā, viņš nonāca depresijas stāvoklī un uzskatīja, ka nav lielas jēgas turpināt studijas.
Tomēr viņa redzējums drīz mainījās, jo slimība progresēja lēnāk, nekā ārsti bija prognozējuši - sākotnēji viņam tika doti divi gadi, lai viņš dzīvotu. Tad ar Sciama pamudinājumu viņš atgriezās savā darbā un ātri ieguva spožuma un drosmības reputāciju. Tas tika pierādīts, kad viņš 1964. gada jūnija lekcijā publiski apstrīdēja ievērojamā astronoma Fred Hoyle, kurš bija slavens ar Lielā sprādziena teorijas noraidīšanu, darbu.
Kad Hokings sāka studijas maģistrantūrā, fizikas aprindās notika daudz diskusiju par valdošajām Visuma radīšanas teorijām: Lielais sprādziens un Steady State teorijas. Iepriekšējā gadījumā Visums tika iecerēts gigantiskā sprādzienā, kurā tika izveidota visa matērija zināmajā Visumā. Pēdējā laikā, paplašinoties Visumam, tiek nepārtraukti radīta jauna matērija. Hokings ātri pievienojās debatēm.
Hokingu iedvesmoja Rodžersa Penroza teorēma, ka melnā cauruma centrā eksistē telpas laika singularitāte - punkts, kurā daudzumi, ko izmanto debess ķermeņa gravitācijas lauka noteikšanai, ir bezgalīgi. Hawking piemēroja to pašu domāšanu visā Visumā un uzrakstīja savu 1965. gada disertāciju par šo tēmu. Viņš turpināja saņemt pētniecības stipendiju Gonvilas un Kaija koledžā un ieguva doktora grādu kosmoloģijā 1966. gadā.
Tieši šajā laikā Hokings tikās ar savu pirmo sievu Džeinu Vildu. Lai gan viņš bija ticies ar viņu īsi pirms diagnozes noteikšanas ar ALS, viņu attiecības turpināja augt, kad viņš atgriezās, lai pabeigtu studijas. Viņi abi saderinājās 1964. gada oktobrī un apprecējās 1966. gada 14. jūlijā. Hokings vēlāk sacīs, ka viņa attiecības ar Vaildu deva viņam “kaut ko dzīvot”.
Zinātniskie sasniegumi:
Savā promocijas darbā, ko viņš rakstīja sadarbībā ar Penrozi, Hokings paplašināja singularitātes esamību līdz priekšstatam, ka Visums varētu būt sācies kā singularitāte. Viņu kopīgā eseja ar nosaukumu “Singularities and Space Geometry of Space-Time” bija pirmā vieta 1968. gada Gravity Research Foundation konkursā un dalījās ar galvenajiem apbalvojumiem, ar kuriem Penrose ieguva Kembridžas prestižāko Adams balvu tajā gadā.
1970. gadā Hawking kļuva par daļu no Sherman Fairchild izcilu zinātnieku viesprofesoru programmas, kas ļāva viņam lasīt lekcijas Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā (Caltech). Šajā laikā viņš un Penrose publicēja pierādījumu, kurā tika iekļautas Aleksandra Freidmana izstrādātās vispārējās relativitātes teorijas un fizikālā kosmoloģija.
Balstoties uz Einšteina vienādojumiem, Freidmans apgalvoja, ka Visums ir dinamisks un laika gaitā mainījies pēc lieluma. Viņš arī apgalvoja, ka telpas laikam ir ģeometrija, ko nosaka tā kopējais masas / enerģijas blīvums. Ja visumam ir vienāds ar kritisko blīvumu, Visumam ir nulles izliekums (t.i., plakana konfigurācija); ja tas ir mazāks par kritisko, Visumam ir negatīvs izliekums (atvērta konfigurācija); un, ja tas ir lielāks par kritisko, Visumam ir pozitīvs izliekums (slēgta konfigurācija)
Saskaņā ar Hokinga-Penrozes singularitātes teorēmu, ja Visums patiesi pakļāvās vispārējās relativitātes modeļiem, tad tam ir jābūt sāktam kā singularitātei. Tas būtībā nozīmēja, ka pirms lielā sprādziena viss Visums pastāvēja kā bezgalīga blīvuma punkts, kas saturēja visu Visuma masu un telpas-laiku, pirms kvantu svārstības lika tam strauji izvērsties.
Arī 1970. gadā Hokings postulēja to, kas kļuva pazīstams kā otrais melnā cauruma dinamikas likums. Kopā ar Džeimsu M. Bardēnu un Brendonu Kārteru viņš ierosināja četrus melno caurumu mehānikas likumus, sastādot analoģiju ar četriem termodinamikas likumiem.
Šie četri likumi noteica, ka - nekustīgam melnajam caurumam horizontam ir nemainīgs virsmas gravitācija; attiecībā uz nekustīgiem melnajiem caurumiem enerģijas izmaiņas ir saistītas ar laukuma maiņu, leņķisko impulsu un elektrisko lādiņu; horizonta apgabals, pieņemot vājo enerģijas stāvokli, ir laika funkcija, kas nesamazinās; un ka nav iespējams izveidot melnu caurumu ar izzūdošu virsmas gravitāciju.
1971. gadā Hokings izdeva eseju ar nosaukumu “Melnie caurumi vispārējā relativitātē”, kurā viņš uzskatīja, ka melno caurumu virsmas laukums nekad nevar samazināties, un tāpēc to izstarotās enerģijas daudzumu var ierobežot. Šī eseja ieguva Hawking Gravity Research Foundation balvu tā gada janvārī.
1973. gadā tika publicēta Hawking's pirmā grāmata, kuru viņš uzrakstīja pēcdoktorantūras pētījumu laikā pie Džordža Ellisa. Nosaukums, Liela mēroga telpas-laika struktūra, grāmata apraksta pašas telpas pamatu un tās bezgalīgās izplešanās raksturu, izmantojot diferenciālo ģeometriju, lai izpētītu Einšteina vispārējās relativitātes teorijas sekas.
Hokings tika ievēlēts par Karaliskās biedrības (FRS) biedru 1974. gadā, dažas nedēļas pēc paziņojuma par Hokinga radiāciju (skatīt zemāk). 1975. gadā viņš atgriezās Kembridžā un ieguva jaunu lasītāja amatu, kas ir paredzēts vecākajiem akadēmiķiem ar izcilu starptautisko reputāciju pētniecības vai stipendiju jomā.
70. gadu vidus līdz beigas bija laiks, kad pieaug interese par melnajiem caurumiem, kā arī ar tiem saistītie pētnieki. Tādējādi Hokinga publiskais profils sāka augt, un viņš saņēma lielāku akadēmisko un sabiedrības atzinību, viņš tika parādīts drukātajās un televīzijas intervijās un saņēma daudzus goda amatus un balvas.
1970. gadu beigās Hokings tika ievēlēts par Lukasijas matemātikas profesoru Kembridžas universitātē - tas bija goda amats, kas izveidots 1663. gadā un kuru uzskata par vienu no prestižākajiem akadēmiskajiem amatiem pasaulē. Pirms Hawking tās bijušie īpašnieki iekļāva tādus zinātniskos lielumus kā sers Īzaks Ņūtons, Džozefs Larmors, Čārlzs Babbags, Džordžs Stokss un Pols Diraks.
Viņa, kā Lukasas matemātikas profesora, atklāšanas lekcija bija nosaukta: “Vai teorētiskās fizikas priekšā ir redzamais beigas”. Runas laikā viņš ierosināja N = 8 Supergravity - kvantu lauka teoriju, kas ietver gravitāciju 8 supersimetrijās - kā galveno teoriju, lai atrisinātu daudzas no neatrisinātajām fiziķu problēmām.
Hawkinga paaugstināšana sakrita ar veselības krīzi, kuras dēļ Hawking bija spiests pieņemt dažus aprūpes pakalpojumus mājās. Tajā pašā laikā viņš sāka veikt pāreju savā pieejā fizikai, kļūstot intuitīvāks un spekulatīvāks, nevis uzstājot uz matemātiskiem pierādījumiem. Līdz 1981. gadam šis redzēja, ka Hokings savu uzmanību pievērš kosmoloģiskās inflācijas teorijai un Visuma pirmsākumiem.
Inflācijas teorija, kuru tajā pašā gadā bija ierosinājis Alans Guts, uzskata, ka pēc lielā sprādziena Visums sākotnēji ļoti strauji paplašinājās, pirms sāka apmesties lēnāk. Atbildot uz to, Hokings iepazīstināja ar darbu tajā gadā Vatikāna konferencē, kur viņš ierosināja, ka viņiem varētu nebūt robežu vai sākt Visumu.
1982. gada vasarā viņš un viņa kolēģis Gary Gibbons Kembridžas universitātē organizēja trīs nedēļu semināru par tēmu “The Early Universe”. Kopā ar Džimu Hārtlu, amerikāņu fiziķi un Kalifornijas universitātes fizikas profesoru, viņš ierosināja, ka vissenākajā Visuma periodā (pazīstams arī kā Planka laikmets) Visumam nav robežu telpas laikā.
1983. gadā viņi publicēja šo modeli, kas pazīstams kā Hartle-Hawking štats. Cita starpā tā apgalvoja, ka pirms Lielā sprādziena laiks neeksistēja, un tāpēc Visuma sākuma jēdzienam nav nozīmes. Tas arī aizstāja Lielā sprādziena sākotnējo raksturīgumu ar reģionu, kas līdzīgs Ziemeļpolam, kuru (līdzīgi kā ar reālo Ziemeļpolu) nevar ceļot uz ziemeļiem, jo tas ir punkts, kur līnijas satiekas, un tam nav robežu.
Šis priekšlikums paredzēja slēgtu Visumu, kam bija daudz eksistenciālu seku, it īpaši attiecībā uz Dieva esamību. Nevienā brīdī Hokings neizslēdza Dieva esamību, izskaidrojot Visuma noslēpumus, izvēloties izmantot Dievu metaforiskā nozīmē. Tomēr viņš bieži ierosināja, ka Dieva eksistence nav nepieciešama, lai izskaidrotu Visuma izcelsmi vai vienotas lauka teorijas esamību.
1982. gadā viņš arī sāka darbu pie grāmatas, kas izskaidro Visuma dabu, relativitāti un kvantu mehāniku tā, lai tā būtu pieejama plašai sabiedrībai. Tas lika viņam parakstīt līgumu ar Bantam Books par publicēšanu Laika īsa vēsture, kura pirmo projektu viņš pabeidza 1984. gadā.
Pēc vairākkārtējām pārskatīšanas galīgais projekts tika publicēts 1988. gadā, un tas tika novērtēts ar daudz kritisku atzinību. Grāmata tika tulkota vairākās valodās, mēnešus ilgi saglabājās bestselleru saraksta augšgalā gan ASV, gan Lielbritānijā, un galu galā tika pārdota aptuveni 9 miljonu eksemplāru apjomā. Plašsaziņas līdzekļu uzmanība bija intensīva, un Ziņu nedēļa žurnāla vāks un televīzijas īpašnieks viņu raksturoja kā “Visuma meistaru”.
Turpmākais Hokinga darbs laika bultu jomā noveda pie 1985. gadā publicēta papīra, kurā tika teorēts, ka, ja apgalvojums par robežu nav pareizs, tad, kad Visums pārstāj paplašināties un galu galā sabrūk, laiks ritēs atpakaļ. Viņš vēlāk atsauks šo koncepciju pēc neatkarīgiem aprēķiniem, kas to apstrīdēja, taču teorija sniedza vērtīgu ieskatu iespējamās saiknēs starp laiku un kosmisko izplešanos.
Deviņdesmito gadu laikā Hokings turpināja publicēt un lasīt lekcijas par savām teorijām par fiziku, melnajiem caurumiem un Lielo sprādzienu. 1993. gadā viņš kopā ar Geriju Gibbonu līdzrediģēja grāmatu par Eiklīda kvantu gravitāciju - teoriju, ar kuru viņi kopā strādāja 70. gadu beigās. Saskaņā ar šo teoriju gravitācijas lauka sadaļu melnajā caurumā var novērtēt, izmantojot funkcionālu integrālu pieeju, lai tā varētu izvairīties no atšķirībām.
Tajā pašā gadā populārā līmeņa eseju, interviju un sarunu kolekcija ar nosaukumu Melnie caurumi un mazuļu universitātes un citas esejas tika arī publicēts. 1994. gadā Hawking un Penrose nolasīja sešu lekciju sēriju Kembridžas Ņūtona institūtā, kuras 1996. gadā tika publicētas ar nosaukumu “Telpas un laika daba“.
Tieši 1990. gados arī Hokinga personīgajā dzīvē notika nozīmīgas pārmaiņas. 1990. gadā viņš un Džeina Hokingena sāka šķiršanās procesu pēc daudzu gadu saspringtām attiecībām viņa invaliditātes, pastāvīgās aprūpes sniedzēju klātbūtnes un slavenības statusa dēļ. Hokings 1995. gadā apprecējās ar Elaine Mason, viņa daudzu gadu aprūpētāju.
2000. gados Hawking ražoja daudz jaunu grāmatu un vecāku grāmatu jaunus izlaidumus. Tie iekļauti Visums īsumā (2001), īsāka laika vēsture (2005), un Dievs radīja veselus skaitļus (2006). Viņš arī sāka sadarboties ar Džimu Hārtlu no Kalifornijas universitātes Santa Barbaras un Eiropas Kodolpētījumu organizāciju (CERN), lai radītu jaunas kosmoloģiskas teorijas.
Vissvarīgākais no tiem bija Hokinga “lejupejošā kosmoloģija”, kurā teikts, ka Visumam nebija viens unikāls sākotnējais stāvoklis, bet daudz dažādu, un ka tāpēc nav pareizi prognozēt Visuma pašreizējo stāvokli no viena sākotnējā stāvokļa. Atbilstoši kvantu mehānikai, no augšas uz leju vērojamā kosmoloģija liek domāt, ka tagadne “izvēlas” pagātni no daudzu iespējamo vēstures superpozīcijas.
To darot, teorija piedāvāja arī iespējamo “precizējošā jautājuma” atrisinājumu, kas pievēršas iespējai, ka dzīve var pastāvēt tikai tad, ja daži fiziski ierobežojumi atrodas šaurā diapazonā. Piedāvājot šo jauno kosmoloģijas modeli, Hokings pavēra iespēju, ka dzīvībai šādi ierobežojumi nav saistoši un tā varētu būt daudz bagātīgāka, nekā tika domāts iepriekš.
2006. gadā Hawking un viņa otrā sieva Elaine Mason mierīgi izšķīrās, un Hawking atsāka ciešākas attiecības ar savu pirmo sievu Jane, viņa bērniem (Robert, Lucy un Timothy) un mazbērniem. 2009. gadā viņš aizgāja pensijā kā Lukasas matemātikas profesors, kas bija noteikts Kembridžas universitātes noteikumos. Kopš tā laika Hawking ir strādājis par Kembridžas universitātes lietišķās matemātikas un teorētiskās fizikas departamenta pētījumu direktoru, un viņš nav norādījis uz aiziešanu.
“Hawking Radiation” un “Black Hole Information Paradox”:
70. gadu sākumā Hokings sāka strādāt pie tā saucamās teorijas “bez matiem”. Balstoties uz Einšteina-Maksvela gravitācijas un elektromagnētisma vienādojumiem vispārējā relativitātē, teorēmā teikts, ka visus melnos caurumus var pilnībā raksturot tikai trīs ārēji novērojami klasiskie parametri: masa, elektriskais lādiņš un leņķiskais impulss.
Šajā scenārijā visa pārējā informācija par lietu, kas veidoja melno caurumu vai iekrīt tajā (kurai metafora tiek izmantoti “mati”), “pazūd” aiz melnā cauruma notikumu horizonta un tāpēc tiek saglabāta, bet neatgriezeniski nepieejams ārējiem novērotājiem.
1973. gadā Hokings devās uz Maskavu un tikās ar padomju zinātniekiem Jakovu Borisoviču Zeļdoviču un Alekseju Starobinski. Pārrunu laikā ar viņiem par viņu darbu viņi parādīja, kā nenoteiktības princips parādīja, ka melnajiem caurumiem vajadzētu izdalīt daļiņas. Tas bija pretrunā ar Hjūkinga otro melnā cauruma termodinamikas likumu (t.i., melnie caurumi nevar kļūt mazāki), jo tas nozīmēja, ka, zaudējot enerģiju, viņiem ir jāzaudē masa.
Turklāt tas atbalstīja Jāņa Bīlerta universitātes doktoranta Jēkaba Bekenšteina izstrādāto teoriju, ka melnajiem caurumiem jābūt ierobežotai temperatūrai un entropijai, kas nav nulle. Tas viss bija pretrunā ar “teoriju par matiem” par melnajiem boļiem. Hokings neilgi pēc tam pārskatīja šo teorēmu, parādot, ka, ņemot vērā kvantu mehāniskos efektus, var secināt, ka melnie caurumi temperatūrā izstaro termisko starojumu.
Sākot ar 1974. gadu, Hokings iesniedza Bekenšteina rezultātus, kas parādīja, ka melnie caurumi izstaro starojumu. To sāka dēvēt par “Hokinga starojumu”, un sākotnēji tas bija pretrunīgi. Tomēr līdz 70. gadu beigām un pēc turpmāku pētījumu publicēšanas atklājums tika plaši atzīts par nozīmīgu sasniegumu teorētiskajā fizikā.
Tomēr viens no šīs teorijas iznākumiem bija varbūtība, ka melnie caurumi pakāpeniski zaudē masu un enerģiju. Tādēļ ir paredzams, ka melnie caurumi, kas zaudē vairāk svara nekā tie, kas iegūti ar citiem līdzekļiem, saruks un galu galā izzudīs - parādība, ko sauc par melnā cauruma “iztvaikošanu”.
1981. gadā Hokings ierosināja, ka melnā cauruma informācija tiek neatgriezeniski zaudēta, kad melnais caurums iztvaiko, kas bija pazīstams kā “Melnā cauruma informācijas paradokss”. Tas nosaka, ka fiziskā informācija var neatgriezeniski pazust melnajā caurumā, ļaujot daudziem fiziskiem stāvokļiem nonākt vienā un tajā pašā stāvoklī.
Tas bija pretrunīgi, jo tas pārkāpa divus galvenos kvantu fizikas principus. Principā kvantu fizika mums saka, ka pilnīga informācija par fizisko sistēmu - t.i., tās vielas stāvokli (masa, pozīcija, griešanās, temperatūra utt.) - tiek kodēta tās viļņu funkcijā līdz brīdim, kad šī viļņa funkcija sabrūk. Tas, savukārt, rada divus citus principus.
Pirmais ir kvantu determinisms, kurā teikts, ka, ņemot vērā pašreizējā viļņa funkciju, nākotnes izmaiņas unikāli nosaka evolūcijas operators. Otrais ir atgriezeniskums, kas nosaka, ka evolūcijas operatoram ir apgriezts raksturs, kas nozīmē, ka pagātnes viļņa funkcijas ir līdzīgi unikālas. To apvienojums nozīmē, ka vienmēr jāsaglabā informācija par matērijas kvantu stāvokli.
Ierosinot šo informāciju pazust, tiklīdz melns iztvaiko, Hokings būtībā radīja pamatīgu paradoksu. Ja melnais caurums var iztvaikot, kā rezultātā pazūd visa informācija par kvantu viļņu funkciju, tad faktiski informāciju var zaudēt uz visiem laikiem. Par to zinātnieki turpina diskutēt, un tā joprojām nav pilnībā atrisināta.
Tomēr līdz 2003. gadam aizvien pieaugošā fiziķu vienprātība bija par to, ka Hokings ir kļūdījies par informācijas zaudēšanu melnajā caurumā. 2004. gada lekcijā Dublinā viņš piekāpās liktenim ar kolēģi Džonu Preskillu no Kaltehas (kuru viņš izdarīja 1997. gadā), bet aprakstīja savu, nedaudz pretrunīgi vērtēto paradoksa problēmas risinājumu - ka melnajiem caurumiem var būt vairāk nekā viena topoloģija.
2005. gada rakstā, kuru viņš publicēja par tēmu “Informācijas zudums melnajos caurumos”, viņš apgalvoja, ka informācijas paradokss ir izskaidrots, izpētot visas alternatīvās Visumu vēstures, informācijas trūkumu cilvēkiem ar melnajiem caurumiem atceļot tie, kuriem nav . Sākot ar 2014. gada janvāri, Hokings ir aprakstījis Black Hole informācijas paradoksu kā savu “lielāko nekārtību”.
Citi sasniegumi:
Papildus tam, lai uzlabotu mūsu izpratni par melnajiem caurumiem un kosmoloģiju, izmantojot vispārīgo relativitātes un kvantu mehāniku, Stefans Hokings ir bijis arī galvenais, lai zinātni iepazīstinātu ar plašāku auditoriju. Karjeras laikā viņš ir publicējis daudzas populāras grāmatas, plaši ceļojis un lasījis lekcijas, kā arī daudzkārt uzstājies un veicis balss pasniegšanas darbus televīzijas šoviem, filmām un pat sniedzis stāstījumu Pink Floyd dziesmai “Keep Talking”.
Filmas versija Laika īsa vēsture, režisors Errols Moriss un producents Stīvens Spīlbergs, pirmizrāde notika 1992. gadā. Hokings bija gribējis, lai filma būtu drīzāk zinātniska, nevis biogrāfiska, taču viņu pārliecināja citādi. 1997. gadā sešu daļu televīzijas seriāls Stefana Hawkinga Visums pirmizrāde kanālā PBS, iznākot arī pavadošā grāmata.
2007. gadā Hawking un viņa meita Lucy publicēja Džordža slepenā Visuma atslēga, bērnu grāmata, kas paredzēta teorētiskās fizikas skaidrošanai pieejamā veidā, un tajā attēloti varoņi, kas līdzīgi Hjūkinga ģimenes locekļiem. Grāmatai sekoja trīs turpinājumi - Džordža kosmisko dārgumu medības (2009), Džordžs un Lielais sprādziens (2011), Džordžs un nesalaužamais kods (2014).
Kopš deviņdesmitajiem gadiem Hokings ir bijis arī nozīmīgs paraugs cilvēkiem ar invaliditāti un deģeneratīvām slimībām, un viņa līdzdalība invaliditātes apzināšanā un pētniecībā ir nepārspējama. Gadsimtu mijā viņš un vienpadsmit citi gaismekļi apvienojās ar Rehabilitation International, lai parakstītu Trešās tūkstošgades invaliditātes harta kas aicināja valdības visā pasaulē novērst invaliditāti un aizsargāt invaliditātes tiesības.
Motivējot vēlmei palielināt sabiedrības interesi par lidojumiem no kosmosa un parādīt cilvēku ar invaliditāti potenciālu, 2007. gadā viņš piedalījās nulles smaguma lidojumā “Vomit Comet” - speciāli aprīkotā lidmašīnā, kas nolaižas un kāpj pa gaisu, lai modelētu bezsvara izjūta - Zero Gravity Corporation pieklājība, kuras laikā viņš astoņas reizes piedzīvoja bezsvara stāvokli.
2012. gada augustā Hokings stāstīja par “Apgaismības” segmentu 2012. gada vasaras paralimpisko spēļu atklāšanas ceremonijā. 2013. gada septembrī viņš pauda atbalstu legalizētam pašnāvībai galu galā slimiem cilvēkiem. 2014. gada augustā Hawking pieņēma Ice Bucket Challenge, lai veicinātu izpratni par ALS / MND un palielinātu ieguldījumu pētniecībā. Tā kā 2013. gadā viņam bija pneimonija, viņam ieteica, lai viņam netiktu izliets ledus, bet viņa bērni labprātīgi pieņēma izaicinājumu viņa vārdā.
Savas karjeras laikā Hokings ir bijis arī apņēmīgs pedagogs, personīgi uzraudzījis 39 sekmīgus doktorantus. Viņš arī ir aizdevis savu vārdu notiekošajiem ārpuszemes intelekta meklējumiem un debatēm par robotu un mākslīgā intelekta attīstību. 2015. gada 20. jūlijā Stefans Hokings palīdzēja uzsākt Breakthrough Initiatives, centienus meklēt ārpuszemes dzīvi Visumā.
Arī 2015. gadā Hokings aizdeva savu balsi un slavenības statusu, lai veicinātu “The Global Goals” - 17 mērķu sēriju, ko pieņēma Apvienoto Nāciju Organizācijas Ilgtspējīgas attīstības samitā, lai izbeigtu galēju nabadzību, sociālo nevienlīdzību un fiksētu klimata pārmaiņas nākamās darbības laikā. 15 gadi.
Apbalvojumi un mantojums:
Kā jau tika atzīmēts, 1974. gadā Hokings tika ievēlēts par Karaliskās biedrības (FRS) biedru un bija viens no jaunākajiem zinātniekiem, kurš kļuva par biedru. Tajā laikā viņa kandidatūra bija šāda:
Hokings ir devis lielu ieguldījumu vispārējās relativitātes jomā. Tie izriet no dziļas izpratnes par to, kas attiecas uz fiziku un astronomiju, un jo īpaši no pilnīgi jaunu matemātisko paņēmienu apgūšanas. Pēc Penrozes novatoriskā darba viņš daļēji un daļēji sadarbībā ar Penrose izveidoja virkni secīgi spēcīgāku teorēmu, kas noteica pamatrezultātu, ka visiem reālistiskajiem kosmoloģiskajiem modeļiem ir jābūt atšķirībām. Izmantojot līdzīgas metodes, Hokings ir pierādījis pamata teorijas par likumiem, kas regulē melnos caurumus: ka stacionāriem Einšteina vienādojumu risinājumiem ar vienmērīgu notikumu horizontu obligāti jābūt asimetriskiem; un ka melno caurumu evolūcijā un mijiedarbībā ir jāpalielina notikumu horizontu kopējā virsma. Sadarbībā ar G. Ellisu, Hokings ir iespaidīga un oriģināla traktāta par “Kosmosa laiks plašajā telpā” autors.
Cits svarīgs Hawking darbs ir saistīts ar kosmoloģisko novērojumu interpretāciju un gravitācijas viļņu detektoru projektēšanu.
1975. gadā viņam tika piešķirta gan Eddingtonas medaļa, gan Pius XI zelta medaļa, bet 1976. gadā - Dannie Heineman balva, Maksvela balva un Hughes medaļa. 1977. gadā viņu iecēla par profesoru ar gravitācijas fizikas krēslu un nākamajā gadā Oksfordas universitātē saņēma Alberta Einšteina medaļu un goda doktora grādu.
1981. gadā Hokings saņēma Amerikas Franklina medaļu, bet nākamajā gadā sekoja Lielbritānijas impērijas Ordeņa komandiera (CBE) medaļa. Atlikušajā desmitgadē viņš tika pagodināts trīs reizes, vispirms ar Karaliskās astronomiskās biedrības zelta medaļu 1985. gadā, Pola Diraka medaļu 1987. gadā un kopā ar Penrose ar prestižo Vilka balvu 1988. gadā. 1989. gadā viņš tika iecelts par Goda biedru ordeņa locekli, bet, kā ziņots, atteicās no bruņniecības.
1999. gadā Hokings piešķīra Amerikas Fizikas biedrības Jūlija Edgara Lilienfelda balvu. 2002. gadā pēc Apvienotajā Karalistē notikušā balsojuma BBC viņu iekļāva 100 lielāko britu sarakstā. Pavisam nesen Hokings ir apbalvots ar Kopleja medaļu no Karaliskās biedrības (2006), Prezidenta brīvības medaļu, Amerikas augstāko civilo godu (2009) un Krievijas Īpašo fizikālās fizikas balvu (2013).
Vairākas ēkas ir nosauktas viņa vārdā, tai skaitā Stefana W. Hawking zinātnes muzejs San Salvadorā, Salvadorā, Stefana Hawking ēka Kembridžā un Stefana Hawking centrs Perimetra institūtā Kanādā. Un, ņemot vērā Hokinga saistību ar laiku, viņš tika izvēlēts atklāt mehānisko “hronofāgu” - aka. korpusa pulkstenis - Corpus Christi koledžā Kembridžā 2008. gada septembrī.
Arī 2008. gadā, dodoties ceļojumā uz Spāniju, Hokings saņēma Fonseca balvu - gada balvu, kuru izveidoja Santjago de Kompostelas universitāte un kuru piešķir tiem par izciliem sasniegumiem zinātniskajā komunikācijā. Hokings tika izraudzīts apbalvošanai, jo viņam bija “izcila meistarība fizikas sarežģītu jēdzienu popularizēšanā, kas ir mūsu pašreizējās izpratnes par Visumu malā, apvienojumā ar visaugstāko zinātnisko izcilību, un tāpēc, ka tā kļuvusi par zinātnes publisku atsauci visā pasaulē. ”
Gadu gaitā ir arī tapušas vairākas filmas par Stīvenu Hokingu. Tajos ietilpst iepriekšminētieLaika īsa vēsture, 1991. gada biogrāfiskā filma, kuras režisori ir Errols Moriss un Stefans Spīlbergs; Hawking, 2004. gada BBC drāma, kuras galvenā loma ir Benedikts Kamberbačs; 2013. gada dokumentālā filma ar nosaukumu “Hokings”, kuras autors ir Stefans Finnigans.
Pavisam nesen bija 2014. gada filma Visu teorija kas hronizēja Stefana Hokinga un viņa sievas Džeinas dzīvi. Režisors Džeimss Mārsijs, kinozvaigznes Edijs Redmajens kā profesors Hawking un Felicity Jones kā Jane Hawking.
Nāve:
Dr Stefans Hokings miris trešdienas, 2018. gada 14. marta, agrā stundā savās mājās Kembridžā. Saskaņā ar viņa ģimenes paziņojumu, viņš mira mierīgi. Viņam bija 76 gadi, un viņu pārdzīvo viņa pirmā sieva Džeina Vilde un viņu trīs bērni - Lūsija, Roberts un Tims.
Kad viss ir pateikts un izdarīts, Stefans Hokings bija neapšaubāmi slavenākais zinātnieks, kas dzīvs mūsdienu laikmetā. Viņa darbs astrofizikas un kvantu mehānikas jomā ir radījis lūzumu mūsu izpratnē par laiku un telpu, un zinātnieki to, iespējams, pārcels gadu desmitiem ilgi. Turklāt viņš ir paveicis vairāk nekā jebkurš dzīvs zinātnieks, lai padarītu zinātni pieejamu un interesantu plašai sabiedrībai.
Turklāt viņš apceļoja visu pasauli un lasīja lekcijas par tēmām, sākot no zinātnes un kosmoloģijas līdz cilvēktiesībām, mākslīgajam intelektam un cilvēces nākotnei. Viņš arī izmantoja viņam piešķirto slavenības statusu, lai kur vien iespējams, virzītu zinātniskās izpētes, kosmosa izpētes, invalīdu apzināšanās un humānās palīdzības cēloņus.
Visos šajos aspektos viņš ļoti līdzinājās viņa priekšgājējam Albertam Einšteinam - vēl vienai ietekmīgai zinātnieku pievērstai slavenībai, kurš noteikti izmantoja savas spējas, lai apkarotu neziņu un veicinātu humānos cēloņus. But what was especially impressive in all of this is that Hawking has managed to maintain his commitment to science and a very busy schedule while dealing with a degenerative disease.
For over 50 years, Hawking lived with a disease that doctor’s initially thought would take his life within just two. And yet, he not only managed to make his greatest scientific contributions while dealing with ever-increasing problems of mobility and speech, he also became a jet-setting personality who travelled all around the world to address audiences and inspire people.
His passing was mourned by millions worldwide and, in the worlds of famed scientist and science communicator Neil DeGrasse Tyson , “left an intellectual vacuum in its wake”. Without a doubt, history will place Dr. Hawking among such luminaries as Einstein, Newton, Galileo and Curie as one of the greatest scientific minds that ever lived.
We have many great articles about Stephen Hawking here at Space Magazine. Here is one about Hawking Radiation, How Do Black Holes Evaporate?, why Hawking could be Wrong About Black Holes, and recent experiments to Replicate Hawking Radiation in a Laboratory.
And here are some video interviews where Hawking addresses how God is not necessary for the creation of the Universe, and the trailer for Theory of Everything.
Astronomy Cast has a number of great podcasts that deal with Hawing and his discoveries, like: Episode 138: Quantum Mechanics, and Questions Show: Hidden Fusion, the Speed of Neutrinos, and Hawking Radiation.
For more information, check out Stephen Hawking’s website, and his page at Biography.com
