Stephen Hawking was een van de grootste theoretisch natuurkundigen van onze tijd, wiens carrière meer dan 50 jaar omspande.
Hawking werkte voor geavanceerde intellectuelende grenzen van de natuurkunde, en zijn theorieën leken vaak bizar. In ieder geval op het moment dat hij ze voor het eerst uitte. Ze worden echter langzaam maar zeker geaccepteerd in de wetenschappelijke gemeenschap. Van revolutionaire opvattingen over zwarte gaten tot het uitleggen hoe het universum begon, hier zijn enkele van zijn theorieën die al zijn bevestigd en nog niet.
Big Bang gewonnen
Hawking begon met het schrijven van zijn proefschrift in een tijd dat er een verhit debat was in de wetenschappelijke gemeenschap over hoe het universum begon.Twee rivaliserende ideeën hadden hun eigen manier om het begin van alles te verklaren: de oerknaltheorie en de stabiliteitstheorie.Beiden erkenden dat het universum uitdijt, maar in de eerste breidt het uit vanuit een ultracompacte, superdichte toestand, terwijl de laatste ervan uitgaat dat het universum voor altijd uitdijt, waarbij voortdurend nieuwe materie wordt gecreëerd om een constante dichtheid te behouden.
Hawking toonde in zijn proefschrift aan dat de theoriestabiele toestand is wiskundig in tegenspraak met zichzelf. De natuurkundige beweerde dat het universum begon als een oneindig klein, oneindig dicht punt - met een singulariteit. Tegenwoordig is de beschrijving van Hawking bijna universeel geaccepteerd onder geleerden.
Zwarte gaten zijn echt
De naam Hawking wordt het meest geassocieerd met zwarten.gaten - een ander soort singulariteit. Deze objecten ontstaan wanneer een ster instort onder zijn eigen zwaartekracht. Het probleem was dat, hoewel het bestaan van zwarte gaten in Einsteins algemene relativiteitstheorie paste, het in tegenspraak was met de kwantumfysica. Hawking vestigde begin jaren 70 de aandacht op zwarte gaten.
First Event Horizon-afbeelding van een zwart gat - uitgebracht door de National Science Foundation in 2019
Volgens een artikel in Nature combineerde hij de vergelijkingenEinstein met de vergelijkingen van de kwantummechanica om de mogelijkheid van zwarte gaten te bewijzen. Het resultaat was dat wat vroeger een theoretische abstractie was, een levensvatbare theorie werd. Het laatste bewijs dat Hawking gelijk had, kwam in 2019 toen de Event Horizon-telescoop een livebeeld vastlegde van een superzwaar zwart gat dat op de loer lag in het centrum van het gigantische sterrenstelsel Messier 87.
Zwarte gaten danken hun naam aan het feitdat hun zwaartekracht zo sterk is dat fotonen of lichtdeeltjes ze niet kunnen verlaten. Maar in zijn vroege geschriften over het onderwerp beweerde Hawking dat de situatie niet zo eenvoudig is.
Hawking-straling
Zwarte gaten danken hun naam aan het feit dat hun zwaartekracht zo sterk is dat fotonen of lichtdeeltjes ze niet kunnen verlaten. Maar in zijn vroege geschriften over het onderwerp dacht Hawking er anders over.
Het toepassen van de kwantumtheorie, namelijk het idee vandat paren "virtuele fotonen" spontaan uit het niets konden worden gecreëerd, realiseerde hij zich dat sommige van deze deeltjes blijkbaar door het zwarte gat werden uitgezonden. Deze theorie, nu Hawking-straling genoemd, werd onlangs bevestigd in een laboratoriumexperiment aan het Technion Israel Institute of Technology, Israël. In plaats van een echt zwart gat gebruikten de onderzoekers een akoestische analoog - een 'sonisch zwart gat' waaruit geluidsgolven niet kunnen ontsnappen. Ze vonden het equivalent van Hawking-straling precies zoals de natuurkundigen hadden voorspeld.
Informatieparadox
Het bestaan van Hawking-straling zorgt voor een ernstigprobleem voor theoretici. Volgens de berekeningen van Hawking zouden zwarte gaten elementaire deeltjes moeten uitstoten en na verloop van tijd verdampen. Dit lijkt het enige fysieke proces te zijn dat informatie uit het universum "verwijdert". Dit betekent dat de basiseigenschappen van het materiaal waaruit het zwarte gat is gevormd voor altijd verloren gaan; de uitgaande straling zegt ons niets over hen. Dit is echter in strijd met de algemene principes van de kwantummechanica. Deze tegenstrijdigheid wordt de "informatieparadox" genoemd en de wetenschapper heeft de afgelopen 40 jaar aan de oplossing ervan gewerkt.
Hawking geloofde dat in feite informatie oversamenstelling van zwarte gaten gaat niet verloren. In 2016 verklaarde de professor dat het is opgeslagen in een wolk van nul-energiedeeltjes rond een zwart gat - de wetenschapper noemde het "lichte pluisjes" in zijn artikel Black Hole Entropy and Soft Hair.
De titel van het artikel is op het eerste gezicht zo vreemdis een verwijzing naar de fysieke "geen haar-stelling" voor een zwart gat, waarbij "haar" een metafoor is voor informatie over materie die het zwarte gat absorbeert en niet teruggeeft. Het is gewijd aan de informatieparadox: de wetenschapper probeert al tientallen jaren te begrijpen wat er met informatie in zwarte gaten gebeurt. Maar Hawkings 'harige' zwarte gat-stelling is slechts een van de vele hypothesen die naar voren zijn gebracht, en vandaag blijft de informatieparadox onopgelost.
multiversum
Een van de onderwerpen waar Hawking uiteindelijk mee werkteleven, was er de multiversumtheorie - het idee dat ons universum, dat verscheen als gevolg van de oerknal, slechts een van een oneindig aantal naast elkaar bestaande "bubbeluniversums" is.
Hawking was echter niet blij met de veronderstellingsommige wetenschappers dat elke belachelijke situatie die je je kunt voorstellen zich nu ergens in dit oneindige aantal parallelle universums voordoet. Dus in zijn laatste artikel in 2018 probeerde Hawking naar eigen zeggen "het multiversum te temmen". Hij stelde een nieuw wiskundig raamwerk voor dat, zonder het multiversum als geheel te verlaten, het eindig maakte, niet oneindig. Maar zoals bij elke speculatie over parallelle universums, hebben we geen idee of zijn ideeën correct zijn. En het is onwaarschijnlijk dat wetenschappers zijn idee in de nabije toekomst zullen kunnen testen.
Hypothese overVeiligheidChronologie
Hoe verrassend het ook klinkt, de wetten van de fysica zijn inin de zin waarin we ze vandaag begrijpen - tijdreizen is niet verboden. Oplossingen voor Einsteins algemene relativiteitsvergelijkingen omvatten "gesloten tijdcurven" waarmee een persoon kan terugkeren naar zijn verleden. Maar nogmaals, Hawking was hier niet blij mee - hij was er zeker van dat terugreizen in de tijd logische paradoxen genereert die gewoonweg onmogelijk zijn.
Daarom nam hij aan dat sommigeeen momenteel onbekende natuurkundige wet verhindert het optreden van gesloten tijdkrommen. Hij drukte zijn veronderstelling uit in de 'hypothese van de bescherming van de chronologie'. Maar dit is slechts een gok, en het is nog niet bekend of tijdreizen mogelijk is of niet.
Duistere profetieën
In de laatste jaren van zijn leven deed Hawking een reeks duistere profetieën over de toekomst van de mensheid.
Ze variëren van de veronderstelling datHet ongrijpbare Higgs-deeltje, of 'deeltje van God', zou een vacuümbel kunnen veroorzaken die het universum overspoelt, voordat vijandige buitenaardse invasies en kunstmatige intelligentie de macht op aarde grijpen. Hoewel Stephen Hawking in veel dingen gelijk had, kunnen we alleen maar hopen dat hij daarin ongelijk had.
Lees verder
"Levende fossielen" uitgebroed in de Amerikaanse woestijn. Ze sliepen tientallen jaren
Bekijk digitale kunst gemaakt op basis van analyse van de boeken van Isaac Asimov
Branson, Bezos en Peresild: waarom beroemde mensen de ruimte in vliegen en wat ze daar doen
Kosmologische singulariteit - beweerdede toestand van het heelal op het eerste moment van de oerknal. Het is een van de voorbeelden van zwaartekrachtsingulariteiten die worden voorspeld door de algemene relativiteitstheorie (GR) en enkele andere zwaartekrachttheorieën.