Stephen Hawking è stato uno dei più grandi fisici teorici del nostro tempo, la cui carriera è durata oltre 50 anni.
Hawking ha lavorato per un intellettuale avanzatole frontiere della fisica, e le sue teorie spesso sembravano bizzarre. In ogni caso, nel momento in cui li ha espressi per la prima volta. Tuttavia, vengono lentamente ma inesorabilmente accettati nella comunità scientifica. Dalle visioni rivoluzionarie sui buchi neri alla spiegazione di come è iniziato l'universo, ecco alcune delle sue teorie che sono già state confermate e non lo sono state.
Il Big Bang ha vinto
Hawking iniziò a scrivere la sua tesi di dottorato nelquel momento in cui nella comunità scientifica si accese un acceso dibattito su come ebbe inizio l’Universo. Due idee contrastanti spiegavano l’inizio di tutto a modo loro: la teoria del Big Bang e la teoria della stabilità. Entrambi accettavano che l'Universo si stesse espandendo, ma nel primo si stava espandendo da uno stato ultracompatto e ultradenso, e il secondo presuppone che l'Universo si stesse espandendo per sempre, mentre nuova materia veniva costantemente creata per mantenere una densità costante.
Hawking ha mostrato nella sua tesi che la teorialo stato stazionario è matematicamente contraddittorio con se stesso. Il fisico ha sostenuto che l'universo è iniziato come un punto infinitamente piccolo, infinitamente denso, con una singolarità. Oggi la descrizione di Hawking è accettata quasi universalmente dagli studiosi.
I buchi neri sono reali
Il nome di Hawking è più associato ai neri.buchi - un altro tipo di singolarità. Questi oggetti si formano quando una stella collassa sotto la sua stessa gravità. Il problema era che, sebbene l'esistenza dei buchi neri rientrasse nella teoria della relatività generale di Einstein, contraddiceva la fisica quantistica. Hawking ha attirato l'attenzione sui buchi neri nei primi anni '70.
Prima immagine Event Horizon di un buco nero - rilasciata dalla National Science Foundation nel 2019
Secondo un articolo su Nature, ha combinato le equazioniEinstein con le equazioni della meccanica quantistica per dimostrare la possibilità dei buchi neri. Di conseguenza, quella che era un'astrazione teorica si è trasformata in una teoria praticabile. La prova finale che Hawking aveva ragione è arrivata nel 2019, quando il telescopio Event Horizon ha catturato un'immagine dal vivo di un buco nero supermassiccio in agguato al centro della galassia gigante Messier 87.
I buchi neri prendono il nome dal fattoche la loro gravità è così forte che i fotoni o le particelle di luce non possono lasciarli. Ma nei suoi primi scritti sull'argomento, Hawking ha sostenuto che la situazione non è così semplice.
Radiazione di Hawking
I buchi neri prendono il nome dal fatto che la loro gravità è così forte che i fotoni o le particelle di luce non possono abbandonarli. Ma nei suoi primi scritti sull'argomento, Hawking la pensava diversamente.
Applicando la teoria quantistica, vale a dire l'idea diche coppie di "fotoni virtuali" potevano essere create spontaneamente dal nulla, si rese conto che alcune di queste particelle erano apparentemente emesse dal buco nero. Questa teoria, ora chiamata radiazione di Hawking, è stata recentemente confermata in un esperimento di laboratorio presso il Technion Israel Institute of Technology, Israele. Invece di un vero buco nero, i ricercatori hanno utilizzato un analogo acustico, un "buco nero sonoro" dal quale le onde sonore non possono sfuggire. Hanno trovato l'equivalente della radiazione di Hawking esattamente come avevano previsto i fisici.
Paradosso dell'informazione
L'esistenza della radiazione di Hawking crea un graveproblema per i teorici. Secondo i calcoli di Hawking, i buchi neri dovrebbero emettere particelle elementari ed evaporare nel tempo. Questo sembra essere l'unico processo fisico che "rimuove" le informazioni dall'universo. Ciò significa che le proprietà di base del materiale da cui si è formato il buco nero sono perse per sempre; la radiazione in uscita non ci dice nulla su di loro. Tuttavia, questo è contrario ai principi generali della meccanica quantistica. Questa contraddizione è chiamata "paradosso dell'informazione" e lo scienziato ha lavorato alla sua risoluzione negli ultimi 40 anni.
Hawking credeva che in realtà le informazioni sula composizione dei buchi neri non viene persa. Nel 2016, il professore ha affermato che è immagazzinato in una nuvola di particelle a energia zero che circonda un buco nero - lo scienziato l'ha chiamata "lanugine leggera" nel suo articolo Black Hole Entropy and Soft Hair.
Il titolo dell'articolo è così strano a prima vistaè un riferimento al "teorema senza capelli" fisico per un buco nero, dove "capelli" è una metafora per le informazioni sulla materia che il buco nero assorbe e non rilascia indietro. È dedicato al paradosso dell'informazione: lo scienziato ha cercato per diversi decenni di capire cosa sta succedendo con le informazioni nei buchi neri. Ma il "peloso" teorema del buco nero di Hawking è solo una delle tante ipotesi avanzate, e oggi il paradosso dell'informazione rimane irrisolto.
Multiverso
Uno degli argomenti con cui Hawking ha lavorato alla finevita, c'era la teoria del multiverso - l'idea che il nostro universo, che è apparso come risultato del Big Bang, è solo uno di un numero infinito di "universi bolla" coesistenti.
Tuttavia, Hawking non era contento dell'ipotesialcuni scienziati che qualsiasi situazione ridicola che si possa immaginare sta accadendo proprio ora da qualche parte in questo numero infinito di universi paralleli. Quindi, nel suo ultimo articolo nel 2018, nelle sue stesse parole, Hawking "ha cercato di domare il multiverso". Propose un nuovo quadro matematico che, senza abbandonare il multiverso nel suo insieme, lo rendesse finito, non infinito. Ma, come con qualsiasi speculazione sugli universi paralleli, non abbiamo idea se le sue idee siano corrette. Ed è improbabile che gli scienziati saranno in grado di testare la sua idea nel prossimo futuro.
Ipotesi susicurezzacronologia
Per quanto sorprendente possa sembrare, le leggi della fisica sono innel senso in cui li intendiamo oggi - non vietare i viaggi nel tempo. Le soluzioni alle equazioni della relatività generale di Einstein includono "curve a tempo chiuso" che consentiranno a una persona di tornare al proprio passato. Ma, ancora una volta, Hawking non era contento di questo: era sicuro che il viaggio nel tempo a ritroso generasse paradossi logici che sono semplicemente impossibili.
Pertanto, ha assunto che alcuniuna legge fisica attualmente sconosciuta impedisce il verificarsi di curve a tempo chiuso. Ha espresso la sua ipotesi nella "ipotesi della protezione della cronologia". Ma questa è solo un'ipotesi e non è ancora noto se il viaggio nel tempo sia possibile o meno.
Profezie oscure
Negli ultimi anni della sua vita, Hawking fece una serie di oscure profezie sul futuro dell'umanità.
Vanno dal presupposto cheL'elusivo bosone di Higgs, o "particella di Dio", potrebbe innescare una bolla di vuoto che avvolge l'universo, prima che invasioni aliene ostili e intelligenza artificiale prendano il potere sulla Terra. Mentre Stephen Hawking aveva ragione su molte cose, possiamo solo sperare che si sbagliasse su questo.
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Singolarità cosmologica - Implicitalo stato dell'Universo al momento iniziale del Big Bang. È uno degli esempi di singolarità gravitazionali previste dalla relatività generale (GR) e da alcune altre teorie della gravità.