Stephen Hawking var en av vår tids största teoretiska fysiker, vars karriär sträckte sig över 50 år.
Hawking arbetade för avancerad intellektuellfysikens gränser, och hans teorier verkade ofta bisarra. I alla fall vid den tidpunkt då han först uttryckte dem. Men de accepteras sakta men säkert i det vetenskapliga samfundet. Från revolutionära synpunkter på svarta hål till att förklara hur universum började, här är några av hans teorier som redan har bekräftats och inte har gjort det.
Big Bang vann
Hawking började skriva sin doktorsavhandling idet ögonblicket då det fanns en het debatt i det vetenskapliga samfundet om hur universum började. Två konkurrerande idéer förklarade början på allt på sitt eget sätt: Big Bang-teorin och stabilitetsteorin. Båda accepterade att universum expanderar, men i det första expanderar det från ett ultrakompakt, ultratätt tillstånd, och det andra antar att universum expanderar för alltid, samtidigt som ny materia hela tiden skapas för att bibehålla en konstant täthet.
Hawking visade i sin avhandling att teorinsteady state är matematiskt motsägelsefull mot sig själv. Fysikern hävdade att universum började som en oändligt liten, oändligt tät punkt - med en singularitet. Idag är Hawkings beskrivning nästan allmänt accepterad bland forskare.
Svarta hål är riktiga
Hawkings namn är mest förknippat med svarta.hål - en annan typ av singularitet. Dessa objekt bildas när en stjärna kollapsar under sin egen gravitation. Problemet var att även om förekomsten av svarta hål passar in i Einsteins allmänna relativitetsteori, så motsäger det kvantfysiken. Hawking uppmärksammade svarta hål i början av 1970 -talet.
First Event Horizon -bild av ett svart hål - släppt av National Science Foundation 2019
Enligt en artikel i Nature kombinerade han ekvationernaEinstein med ekvationerna för kvantmekanik för att bevisa möjligheten till svarta hål. Som ett resultat förvandlades det som brukade vara en teoretisk abstraktion till en livskraftig teori. Det sista beviset på att Hawking hade rätt kom 2019 när Event Horizon -teleskopet fångade en levande bild av ett supermassivt svart hål som lurade i mitten av den gigantiska galaxen Messier 87.
Svarta hål får sitt namn av det faktumatt deras gravitation är så stark att fotoner eller ljuspartiklar inte kan lämna dem. Men i sina tidiga skrifter om ämnet hävdade Hawking att situationen inte är så okomplicerad.
Hawking -strålning
Svarta hål får sitt namn från att deras gravitation är så stark att fotoner eller ljuspartiklar inte kan lämna dem. Men i sina tidiga skrifter om ämnet kände Hawking annorlunda.
Tillämpa kvantteori, nämligen tanken påatt par av "virtuella fotoner" spontant kunde skapas ur ingenting, insåg han att några av dessa partiklar tydligen släpptes ut från det svarta hålet. Denna teori, nu kallad Hawking -strålning, bekräftades nyligen i ett laboratorieexperiment vid Technion Israel Institute of Technology, Israel. I stället för ett riktigt svart hål använde forskarna en akustisk analog - ett "soniskt svart hål" från vilket ljudvågor inte kan fly. De hittade motsvarigheten till Hawking -strålning exakt som fysikerna hade förutsagt.
Informationsparadox
Förekomsten av Hawking -strålning skapar ett allvarligtproblem för teoretiker. Enligt Hawkings beräkningar ska svarta hål avge elementära partiklar och avdunsta med tiden. Detta verkar vara den enda fysiska processen som "tar bort" information från universum. Detta innebär att de grundläggande egenskaperna hos materialet från vilket det svarta hålet bildades förloras för alltid; den utgående strålningen berättar ingenting om dem. Detta strider dock mot de allmänna principerna för kvantmekanik. Denna motsägelse kallas "informationsparadoxen", och forskaren har arbetat med sin lösning under de senaste 40 åren.
Hawking trodde att i själva verket information omsammansättningen av svarta hål går inte förlorad. År 2016 uppgav professorn att den är lagrad i ett moln av noll -energipartiklar som omger ett svart hål - forskaren kallade det "lätt fluff" i sin artikel Black Hole Entropy and Soft Hair.
Titeln på artikeln är så konstig vid första anblickenär en referens till det fysiska "inget hår sats" för ett svart hål, där "hår" är en metafor för information om materia som det svarta hålet absorberar och inte släpper tillbaka. Den ägnas åt informationsparadoxen: forskaren har i flera decennier försökt förstå vad som händer med information i svarta hål. Men Hawkings ”håriga” svarta hålsats är bara en av flera hypoteser, och idag är informationsparadoxen fortfarande olöst.
Multiverse
Ett av ämnena som Hawking arbetade med i slutetliv, det fanns multiverse -teorin - tanken att vårt universum, som dök upp som ett resultat av Big Bang, bara är ett av ett oändligt antal samexisterande "bubbla universum".
Hawking var dock inte nöjd med antagandetvissa forskare att någon löjlig situation som du kan tänka dig händer just nu någonstans i denna oändliga uppsättning parallella universum. Så i sin sista artikel 2018, med hans egna ord, försökte Hawking "tämja multiversen". Han föreslog en ny matematisk ram som, utan att överge multiversen som helhet, gjorde den ändlig, inte oändlig. Men som med alla spekulationer om parallella universum har vi ingen aning om hans idéer stämmer. Och det är osannolikt att forskare kommer att kunna testa hans idé inom en snar framtid.
Hypotes omsäkerhetkronologi
Så förvånande som det låter, finns fysikens lagari den bemärkelse som vi förstår dem idag - förbjud inte tidsresor. Lösningar på Einsteins ekvationer av allmän relativitet inkluderar "slutna tidskurvor" som gör att en person kan återvända till sitt förflutna. Men igen, Hawking var inte nöjd med detta - han var säker på att tidsresor bakåt genererar logiska paradoxer som helt enkelt är omöjliga.
Därför antog han att vissaen för närvarande okänd fysikalisk lag förhindrar att stängda tidskurvor uppstår. Han uttryckte sitt antagande i "hypotesen om kronologins skydd". Men detta är bara en gissning, och det är ännu inte känt om tidsresor är möjliga eller inte.
Mörka profetior
Under de sista åren av sitt liv gjorde Hawking en serie mörka profetior om mänsklighetens framtid.
De sträcker sig från antagandet attDen svårfångade Higgs -bosonen, eller "Guds partikel", kan utlösa en vakuumbubbla som uppslukar universum innan fientliga främmande invasioner och artificiell intelligens tar makten på jorden. Stephen Hawking hade rätt om många saker, men vi kan bara hoppas att han hade fel om det.
Läs mer
"Levande fossiler" kläcktes i den amerikanska öknen. De sov i årtionden
Ta en titt på digital konst från analys av Isaac Asimovs böcker
Branson, Bezos och Peresild: varför kända människor flyger ut i rymden och vad de gör där
Kosmologisk singularitet - underförståttuniversums tillstånd vid Big Bangs första ögonblick. Det är ett av exemplen på gravitationella singulariteter som förutses av allmän relativitet (GR) och några andra gravitationsteorier.