Stephen Hawking oli yksi aikamme suurimmista teoreettisista fyysikoista, jonka ura kesti yli 50 vuotta.
Hawking työskenteli edistyneille intellektuellillefysiikan rajoja, ja hänen teoriansa näyttivät usein oudolta. Joka tapauksessa silloin, kun hän esitti ne ensimmäisen kerran. Ne kuitenkin hyväksytään hitaasti mutta varmasti tiedeyhteisössä. Vallankumouksellisista näkemyksistä mustista aukoista selittämiseen, kuinka maailmankaikkeus sai alkunsa, tässä on joitain hänen teorioitaan, jotka on jo vahvistettu ja joita ei ole vahvistettu.
Big Bang voitti
Hawking aloitti väitöskirjansa kirjoittamisen vuonnase hetki, jolloin tiedeyhteisössä käytiin kiivasta keskustelua siitä, kuinka maailmankaikkeus sai alkunsa. Kaksi kilpailevaa ideaa selitti kaiken alun omalla tavallaan: Big Bang -teoria ja vakausteoria. Molemmat hyväksyivät maailmankaikkeuden laajenevan, mutta ensimmäisessä se laajenee erittäin kompaktista, ultratiheästä tilasta, ja toisessa oletetaan, että universumi laajenee ikuisesti, samalla kun uutta ainetta syntyy jatkuvasti ylläpitämään vakiotiheyttä.
Hawking osoitti väitöskirjassaan, että teoriavakaa tila on matemaattisesti ristiriitainen itsensä kanssa. Fyysikko väitti, että maailmankaikkeus sai alkunsa äärettömän pienestä, äärettömän tiheästä pisteestä - jolla oli singulaarisuus. Nykyään Hawkingin kuvaus on lähes yleisesti hyväksytty tutkijoiden keskuudessa.
Mustat aukot ovat todellisia
Hawkingin nimi liittyy eniten mustiin.reiät - toisenlainen singulariteetti. Nämä esineet muodostuvat, kun tähti romahtaa oman painovoimansa vaikutuksesta. Ongelmana oli, että vaikka mustien aukkojen olemassaolo sopii Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan, se oli ristiriidassa kvanttifysiikan kanssa. Hawking kiinnitti huomion mustiin aukkoihin 1970-luvun alussa.
Ensimmäinen Event Horizon -kuva mustasta aukosta – National Science Foundation julkaisi vuonna 2019
Nature-lehden artikkelin mukaan hän yhdisti yhtälötEinstein kvanttimekaniikan yhtälöiden kanssa todistaakseen mustien aukkojen mahdollisuuden. Tämän seurauksena se, mikä aiemmin oli teoreettinen abstraktio, muuttui toteuttamiskelpoiseksi teoriaksi. Viimeinen todiste siitä, että Hawking oli oikeassa, tuli vuonna 2019, kun Event Horizon -teleskooppi tallensi elävän kuvan supermassiivisesta mustasta aukosta, joka väijyy jättimäisen galaksin Messier 87:n keskellä.
Mustat aukot ovat saaneet nimensä tosiasiastaettä niiden painovoima on niin voimakas, että fotonit tai valohiukkaset eivät voi lähteä niistä. Mutta varhaisissa kirjoituksissaan aiheesta Hawking väitti, että tilanne ei ole niin suoraviivainen.
Hawkingin säteily
Mustat aukot ovat saaneet nimensä siitä, että niiden painovoima on niin voimakas, että fotonit tai valohiukkaset eivät pääse poistumaan niistä. Mutta varhaisissa kirjoituksissaan aiheesta Hawking ajatteli toisin.
Kvanttiteorian soveltaminen, nimittäin ajatusettä "virtuaalisten fotonien" pareja voitiin luoda spontaanisti tyhjästä, hän tajusi, että osa näistä hiukkasista ilmeisesti säteili mustasta aukosta. Tämä teoria, jota nykyään kutsutaan Hawkingin säteilyksi, vahvistettiin äskettäin laboratoriokokeessa Technion Israel Institute of Technologyssa, Israelissa. Todellisen mustan aukon sijasta tutkijat käyttivät akustista analogia - "äänimaista aukkoa", josta ääniaallot eivät voi paeta. He löysivät Hawkingin säteilyä vastaavan täsmälleen fyysikot olivat ennustaneet.
Tietojen paradoksi
Hawking-säteilyn olemassaolo aiheuttaa vakavanongelma teoreetikoille. Hawkingin laskelmien mukaan mustien reikien pitäisi päästää alkuainehiukkasia ja haihtua ajan myötä. Tämä näyttää olevan ainoa fyysinen prosessi, joka "poistaa" tietoa maailmankaikkeudesta. Tämä tarkoittaa, että materiaalin perusominaisuudet, josta musta aukko muodostettiin, menetetään lopullisesti; lähtevä säteily ei kerro niistä mitään. Tämä on kuitenkin kvanttimekaniikan yleisten periaatteiden vastaista. Tätä ristiriitaa kutsutaan "informaatioparadoksiksi", ja tiedemies on työskennellyt sen ratkaisemiseksi viimeiset 40 vuotta.
Hawking uskoi, että itse asiassa tietoamustien aukkojen koostumus ei häviä. Vuonna 2016 professori totesi, että se on varastoitunut nollaenergiahiukkasten pilveen, joka ympäröi mustaa aukkoa - tiedemies kutsui sitä "kevyeksi fluffiksi" artikkelissaan Black Hole Entropy and Soft Hair.
Artikkelin otsikko on ensi silmäyksellä niin outoon viittaus mustan aukon fyysiseen "ei hiuksia" -lauseeseen, jossa "hiukset" on metafora informaatiolle aineesta, jonka musta aukko absorboi eikä vapauta takaisin. Se on omistettu tiedon paradoksille: tiedemies on yrittänyt useiden vuosikymmenien ajan ymmärtää, mitä tapahtuu mustissa aukoissa olevan tiedon kanssa. Mutta Hawkingin "karvainen" mustan aukon teoreema on vain yksi useista esitetyistä hypoteeseista, ja nykyään tiedon paradoksi on edelleen ratkaisematta.
Multiverse
Yksi aiheista, joita Hawking työskenteli lopussaElämässä oli multiversumiteoria - ajatus siitä, että alkuräjähdyksen seurauksena syntynyt maailmankaikkeutemme on vain yksi äärettömästä määrästä rinnakkain olemassa olevia "kuplauniversumeita".
Hawking ei kuitenkaan ollut tyytyväinen olettamukseenJotkut tiedemiehet uskovat, että mikä tahansa naurettava tilanne, jonka voit kuvitella, tapahtuu juuri nyt jossain tässä äärettömässä määrässä rinnakkaisia universumeja. Joten vuoden 2018 viimeisessä artikkelissaan Hawking omien sanojensa mukaan "yritti kesyttää multiversumia". Hän ehdotti uutta matemaattista viitekehystä, joka hylkäämättä multiversumia kokonaisuutena teki siitä äärellisen, ei äärettömän. Mutta kuten minkään rinnakkaisuniversumia koskevan spekuloinnin yhteydessä, meillä ei ole aavistustakaan, ovatko hänen ajatuksensa oikeita. Ja on epätodennäköistä, että tutkijat pystyvät testaamaan hänen ideaansa lähitulevaisuudessa.
Hypoteesi aiheestaturvallisuuskronologia
Niin yllättävältä kuin se kuulostaakin, fysiikan lait ovat voimassasiinä mielessä, jossa me ne nykyään ymmärrämme – älkää kieltäkö aikamatkailua. Ratkaisut Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhtälöihin sisältävät "suljetut aikakäyrät", joiden avulla ihminen voi palata menneisyyteensä. Mutta jälleen kerran, Hawking ei ollut tyytyväinen tähän - hän oli varma, että aikamatka taaksepäin synnyttää loogisia paradokseja, jotka ovat yksinkertaisesti mahdottomia.
Siksi hän oletti, että jotkuttällä hetkellä tuntematon fysiikan laki estää suljettujen aikakäyrien esiintymisen. Hän ilmaisi oletuksensa "hypoteesissa kronologian suojelusta". Mutta tämä on vain arvaus, eikä vielä tiedetä, onko aikamatka mahdollista vai ei.
Tummat profetiat
Elämänsä viimeisinä vuosina Hawking esitti joukon synkkiä profetioita ihmiskunnan tulevaisuudesta.
Ne vaihtelevat oletuksesta, ettäVaikea Higgsin bosoni tai "Jumalan hiukkanen" voi laukaista tyhjiökuplan, joka nielaise maailmankaikkeuden, ennen kuin vihamieliset avaruusolioiden hyökkäykset ja tekoäly ottavat vallan maan päällä. Vaikka Stephen Hawking oli oikeassa monissa asioissa, voimme vain toivoa, että hän oli väärässä.
Lue lisää
"Eläviä fossiileja" kuoriutui Amerikan autiomaassa. He nukkuivat vuosikymmeniä
Katso Isaac Asimovin kirjojen analyysistä tehtyä digitaalista taidetta
Branson, Bezos ja Peresild: miksi kuuluisat ihmiset lentävät avaruuteen ja mitä he tekevät siellä
Kosmologinen singulaarisuus - implisiittimaailmankaikkeuden tila alkuräjähdyksen alkuhetkellä. Se on yksi yleisen suhteellisuusteorian (GR) ja joidenkin muiden painovoimateorioiden ennustamista gravitaatiosingulariteettien esimerkkeistä.