Stephen Hawking var en av vår tids største teoretiske fysikere, hvis karriere strakte seg over 50 år.
Hawking jobbet for avansert intellektuellfysikkens grenser, og teoriene hans virket ofte bisarre. I alle fall på tidspunktet da han først ga dem stemme. Imidlertid blir de sakte men sikkert akseptert i det vitenskapelige miljøet. Fra revolusjonerende syn på sorte hull til å forklare hvordan universet begynte, her er noen av teoriene hans som allerede er bekreftet og ikke har.
Big Bang vant
Hawking begynte å skrive sin doktoravhandling idet øyeblikket da det var heftig debatt i det vitenskapelige miljøet om hvordan universet begynte. To konkurrerende ideer forklarte begynnelsen på alt på hver sin måte: Big Bang-teorien og stabilitetsteorien. Begge aksepterte at universet ekspanderer, men i det første ekspanderer det fra en ultrakompakt, ultratett tilstand, og det andre antar at universet ekspanderer for alltid, mens det hele tiden skapes ny materie for å opprettholde en konstant tetthet.
Hawking viste i sin avhandling at teoriensteady state er matematisk selvmotsigende. Fysikeren hevdet at universet begynte som et uendelig lite, uendelig tett punkt – med en singularitet. I dag er Hawkings beskrivelse nesten universelt akseptert blant lærde.
Svarte hull er ekte
Hawkings navn er mest assosiert med svarte.hull - en annen type singularitet. Disse objektene dannes når en stjerne kollapser under sin egen tyngdekraft. Problemet var at selv om eksistensen av sorte hull passet inn i Einsteins generelle relativitetsteori, var det i strid med kvantefysikken. Hawking trakk oppmerksomhet til sorte hull på begynnelsen av 1970-tallet.
First Event Horizon-bilde av et svart hull - utgitt av National Science Foundation i 2019
I følge en artikkel i Nature kombinerte han ligningeneEinstein med kvantemekanikkens ligninger for å bevise muligheten for sorte hull. Som et resultat ble det som pleide å være en teoretisk abstraksjon til en levedyktig teori. Det siste beviset på at Hawking hadde rett kom i 2019 da Event Horizon-teleskopet tok et levende bilde av et supermassivt svart hull som lurte i sentrum av den gigantiske galaksen Messier 87.
Svarte hull får navnet sitt fra det faktumat gravitasjonen deres er så sterk at fotoner eller lyspartikler ikke kan forlate dem. Men i sine tidlige skrifter om emnet argumenterte Hawking for at situasjonen ikke er så enkel.
Hawking-stråling
Sorte hull har fått navnet sitt fra det faktum at gravitasjonen deres er så sterk at fotoner eller lyspartikler ikke kan forlate dem. Men i sine tidlige forfatterskap om emnet følte Hawking seg annerledes.
Anvendelse av kvanteteori, nemlig ideen omat par av "virtuelle fotoner" spontant kunne skapes ut av ingenting, innså han at noen av disse partiklene tilsynelatende ble sendt ut fra det sorte hullet. Denne teorien, nå kalt Hawking-stråling, ble nylig bekreftet i et laboratorieeksperiment ved Technion Israel Institute of Technology, Israel. I stedet for et ekte sort hull brukte forskerne en akustisk analog – et «sonisk sort hull» som lydbølger ikke kan unnslippe. De fant tilsvarende Hawking-stråling nøyaktig slik fysikerne hadde spådd.
Informasjonsparadoks
Eksistensen av Hawking-stråling skaper en alvorligproblem for teoretikere. Ifølge Hawkings beregninger skal sorte hull avgi elementærpartikler og fordampe over tid. Dette ser ut til å være den eneste fysiske prosessen som "fjerner" informasjon fra universet. Dette betyr at de grunnleggende egenskapene til materialet som det sorte hullet ble dannet av går tapt for alltid; den utgående strålingen forteller oss ingenting om dem. Dette er imidlertid i strid med kvantemekanikkens generelle prinsipper. Denne motsetningen kalles «informasjonsparadokset», og forskeren har jobbet med løsningen de siste 40 årene.
Hawking mente at faktisk informasjon omsammensetningen av sorte hull går ikke tapt. I 2016 uttalte professoren at den er lagret i en sky av nullenergipartikler som omgir et sort hull – forskeren kalte det «lett fluff» i sin artikkel Black Hole Entropy and Soft Hair.
Tittelen på artikkelen er så merkelig ved første øyekaster en referanse til det fysiske "no hair-teoremet" for et sort hull, der "hår" er en metafor for informasjon om materien som det sorte hullet absorberer og ikke slipper tilbake. Den er viet informasjonsparadokset: Forskeren har i flere tiår forsøkt å forstå hva som skjer med informasjon i sorte hull. Men Hawkings "hårete" sorte hull-teorem er bare en av flere hypoteser som er fremsatt, og i dag er informasjonsparadokset fortsatt uløst.
Multivers
Et av temaene som Hawking jobbet med på sluttenlivet, det var multiversteorien - ideen om at universet vårt, som dukket opp som et resultat av Big Bang, bare er ett av et uendelig antall sameksisterende "bobleuniverser".
Hawking var imidlertid ikke fornøyd med antagelsennoen forskere at enhver latterlig situasjon du kan forestille deg skjer akkurat nå et sted i dette uendelige antallet parallelle universer. Så, i sin siste artikkel i 2018, med hans egne ord, forsøkte Hawking å temme multiverset. Han foreslo et nytt matematisk rammeverk som, uten å forlate multiverset som helhet, gjorde det endelig, ikke uendelig. Men, som med alle spekulasjoner om parallelle universer, aner vi ikke om ideene hans er riktige. Og det er usannsynlig at forskere vil være i stand til å teste ideen hans i nær fremtid.
Hypotese omsikkerhetkronologi
Uansett hvor overraskende det høres ut, er fysikkens lover innei den forstand vi forstår dem i dag - ikke forby tidsreiser. Løsninger på Einsteins ligninger av generell relativitet inkluderer "lukkede tidskurver" som vil tillate en person å gå tilbake til fortiden sin. Men igjen, Hawking var ikke fornøyd med dette - han var sikker på at tidsreiser bakover genererer logiske paradokser som rett og slett er umulige.
Derfor antok han at noenen foreløpig ukjent fysikklov forhindrer at lukkede tidskurver oppstår. Han uttrykte sin antagelse i "hypotesen om beskyttelse av kronologi." Men dette er bare en gjetning, og det er ennå ikke kjent om tidsreise er mulig eller ikke.
Mørke profetier
I de siste årene av sitt liv kom Hawking med en serie mørke profetier om menneskehetens fremtid.
De spenner fra antagelsen om atDet unnvikende Higgs-bosonet, eller «Guds partikkel», kan utløse en vakuumboble som oppsluker universet, før fiendtlige romveseninvasjoner og kunstig intelligens tar makten på jorden. Mens Stephen Hawking hadde rett om mange ting, kan vi bare håpe at han tok feil om det.
Les mer
«Levende fossiler» klekket ut i den amerikanske ørkenen. De sov i flere tiår
Ta en titt på digital kunst laget av analyse av Isaac Asimovs bøker
Branson, Bezos og Peresild: hvorfor kjente mennesker flyr ut i verdensrommet og hva de gjør der
Kosmologisk singularitet - underforståtttilstanden til universet i det første øyeblikket av Big Bang. Det er et av eksemplene på gravitasjonssingulariteter spådd av generell relativitet (GR) og noen andre teorier om gravitasjon.