Prima pagină Stiinta

Realizările ştiinţifice ale lui Stephen Hawking, marele geniu al erei noastre. ''Scopul meu este simplu: o înţelegere completă a Universului, de ce este aşa cum este şi de ce există''

Alexandru Voiculescu | 03.14.2018 | ● Vizualizări: 5730

Stephen Hawking (8 ianuarie 1942 - 14 martie 2018) a fost un fizician renumit, cunoscut pentru contribuţiile sale în domenii precum cosmologia, relativitatea generală şi gravitaţia cuantică, în principal în contextul găurilor negre. Deseori, se întâmplă ca aceste contribuţii, extrem de importante pentru ştiinţă, să fie eclipsate de legenda personajului. De aceea, mai jos vor fi expuse teoriile sale care au fost esenţiale pentru modul în care comunitatea ştiinţifică abordează cele mai importante aspecte ale Universului.

Contribuţiile lui Hawking urmează un „fir narativ” extrem de clar: „scopul meu este simplu: o înţelegere completă a Universului, de ce este aşa cum este şi de ce există”, aşa cum declara fizicianul în cartea sa A Brief History of Time (1988).

S-a născut în timpul celui de Al Doilea Război Mondial, în 8 ianuarie 1942, într-o perioadă în care Marea Britanie se afla sub asediul Germaniei naziste. S-a mutat, împreună cu familia sa, din Oxford în Londra, unde tatăl său a condus o divizie de parazitologie la National Institute for Medical Research, chiar în ciuda bombardamentelor aviaţiei germane, scrie physicsoftheuniverse.com.

În 1950, Hawking se mută cu familia sa la St. Albans, unde a fost înscris la St. Albans High School for Girls din 1950 până în 1953 (băieţii puteau face cursuri la o şcoală de fete până la vârsta de 10 ani), iar de la 11 ani a fost la St. Albans School, unde a fost un elev bun, dar nu excepţional.



În 1959, a primit o bursă la University College, Oxford, unde a studiat fizica sub îndrumarea lui Robert Berman. A ales fizica pentru că preferinţa sa principală, matematica, nu era o opţiune la această facultate. A fost interesat de termodinamică, relativitate şi mecanică cuantică. În ciuda faptului că nu a fost cel mai silitor student, în 1962 a absolvit primul din clasa sa.

După absolvire, a petrecut un scurt timp studiind petele solare la observatorul Universităţii Oxford. Totuşi, a realizat că era mai interesat de teorie decât de observaţii şi a părăsit Oxford pentru Trinity Hall, Cambridge, unde a studiat sub îndrumarea lui Fred Hoyle, cel mai distins astronom englez din acea perioadă.

La o scurtă perioadă după ce a ajuns la Cambridge, la vârsta de 21 de ani, Hawking a început să aibă primele simptome de scleroză laterală amiotrofică, un tip de boală neuronală care îl va lăsa paralizat pentru tot restul vieţii. Deşi doctorii au precizat că Hawking va mai trăi doar doi sau trei ani, a mai trăit încă 50, pierzându-şi treptat controlul asupra membrelor, vocii şi (aproape) întregii musculaturi.

Naşterea savantului Hawking şi studiile care l-au consacrat

În 1965, a participat la un curs ţinut de matematicianul englez Roger Penrose, care scrisese atunci o lucrare importantă cu privire la singularităţile spaţiu-timpului. O singularitate este o regiune a spaţiului în care densitatea materiei devine infinită, iar concepte precum spaţiul sau timpul nu mai au relevanţă. În acest punct, toată structura de spaţiu-timp a Universului „se rupe”, iar premizele Teoriei Relativităţii Generale a lui Einstein nu se mai aplică. Conform relativităţii generale, Big Bang-ul a început cu o singularitate (şi este o singularitate în centrul fiecărei găuri negre).

Hawking a reînceput cu un nou avânt studiile în astronomia teoretică şi cosmologie, în particular în domeniul găurilor negre şi a singularităţilor. Va colabora cu Penrose în mai multe lucrări importante despre aceste subiecte şi, de aici, începe adevărata viaţă a cercetătorului Stephen Hawking.

În 1968, s-a alăturat echipei de la Institute of Astronomy de la Cambridge, unde a rămas până în 1973, începând să aplice legile termodinamicii la găurile negre cu ajutorul modelelor matematice. La sfârşitul anilor '60, acesta împreună cu Penrose au folosit un nou model matematic complex pe care l-au creat din Teoria Relativităţii Generale a lui Albert Einstein, care a condus, în 1970, la elaborarea primei teoreme a singularităţii. Această teoremă a furnizat un set de condiţii suficiente pentru existenţa singularităţii în spaţiu-timp, presupunând şi că spaţiul şi timpul au un început în evenimentul Big Bang şi un sfârşit în găurile negre. În acest sens, Hawking a inversat ideea lui Penrose conform căreia creaţia unei găuri negre are duce la o singularitate, dovedind şi că o singularitate ar duce la crearea Universului.

În colaborare cu Brandon Carter, Werner Israel şi David Robinson, a oferit o dovadă matematică a teoremei lui John Wheeler conform căreia orice gaură neagră este descrisă de trei proprietăţi: masă, moment cinetic şi sarcină electrică, propunând cele patru legi ale mecanicii găurilor negre. Din analizarea emisiilor de radiaţii gamma ale găurilor negre, a sugerat şi că „mini găurile negre” primordiale s-ar fi format după Big Bang.

În 1974, Hawking şi Jacob Bekenstein a arătat că găurile negre nu sunt negre în totalitate, ci creează şi emit particule sub-atomice, cunoscute astăzi ca radiaţia Hawking, până când acestea îşi termină energia şi se evaporă. Această idee a rezultat în ceea ce s-a numit Paradoxul Hawking sau paradoxul informaţional al găurii negre, unde identitatea şi proprietatea particulelor par să se piardă în Univers, ceea ce contravine legilor acceptate ale fizicii - materia nu poate fi distrusă. Hawking a apărat acest paradox împotriva argumentelor lui Leonard Susskind şi a altora timp de 30 de ani, până când în 2004 şi retras afirmaţiile într-o declaraţie din 2004 devenită celebră.

Aceste studii şi realizări au fost efectuate în ciuda condiţiei sale care se agrava. În 1974, nu se mai putea hrăni singur sau să se ridice din pat, iar vocea sa a devenit aproape de neînţeles. În 1985, a făcut pneumonie şi a trebuit operat, procedură care l-a lăsat fără voce. Prietenii din lumea ştiinţifică i-au construit un aparat care îi permiteau să scrie pe un computer cu ajutorul micilor mişcări ale corpului, iar apoi aparatul să „vorbească” ceea ce este scris.

Realizările sale ştiinţifice i-au adus faimă şi recunoaştere internaţională. În 1974, la vârsta de 32 de ani, a devenit unul dintre cei mai tineri membri ai Royal Society. A acumulat în total 12 grade onorifice, precum şi multe alte premii şi medalii, inclusiv Albert Einstein Award, cel mai prestigios premiu din fizica teoretică. A devenit apoi cunoscut şi publicului larg, când în 1988 a publicat A Brief History of Time, care avea să devină un bestseller internaţional. Au urmat şi cărţile The Universe in a Nutshell (2001) şi A Brifer History of Time (2005).

În acelaşi timp, a continuat linia de cercetare despre găurile negre şi teoria stringurilor. Teoria stringurilor postulează că ingredientele fundamentale ale Universului sunt mici „corzi” de materie, care vibrează într-un spaţiu-timp cu zece dimensiuni. Este considerată una dintre cele mai promiţătoare teorii ale gravitaţiei cuantice care speră să unească mecanica cuantică şi Teoria Relativităţi Generale, o teorie care s-ar putea aplica atât structurilor la scară astronomică cât şi celor la scară atomică. Astfel, studiile sale au indicat necesitatea unificării relativităţii generale şi a mecanicii cuantice într-o teorie de gravitaţie cuantică, numită şi o „teorie a totului”. Din 1974, teoria sa a emisiilor radiaţiei Hawking din găurile negre era probabil primul exemplu în care se sintetiza, cel puţin până la un anumit punct, mecanica cuantică şi relativitatea generală.

Nu s-a temut de controverse

Alte investigaţii ştiinţifice ale lui Hawking pe parcursul mai multor ani sunt studii de cosmologie cuantică, inflaţie cosmică, generarea heliului în universurile anizotropice, topologia şi structura Universului, universurile tinere, inseparabilitatea cuantică şi entropia, natura spaţiului şi a timpului (alături de direcţia timpului), radiaţia gravitaţională, simetria timpului, găurile de vierme şi alte sub-domenii ce ţin de fizica teoretică.

Nu s-a temut de controverse, iar începând cu anii '80 a început să pună la îndoială chiar teoria Big Bang-ului, sugerând că este posibil ca Universul să nu aibă un început şi un sfârşit, fiind de fapt vorba de o tranziţie în care un univers dă naştere altuia prin „scăpărările” spaţiu-timpului. A elaborat astfel ceea ce s-a numit No Boundary Proposal în colaborare cu fizicianul american Jim Hartle. Conform legilor relativităţii generale, Universul era ori infinit de vechi, ori a început ca o singularitate, dar propunerea lui Hawking şi a lui Hartle a dat naştere la o a treia posibilitate: Universul este finit, dar nu are o singularitate iniţială pentru a produce o limită.

Împreună cu savantul american, a creat o ecuaţia cuantică care descria Universul în primele lui faze. Dar aceasta o făcea în termeni atât de generali, încât, pentru mulţi fizicieni, nu spune nimic relevant. Totuşi, ecuaţia sugerează că ar fi inutilă punerea problemei cu privire la originea Universului, conform BBC.

Atunci când Universul era încă extrem de mic, având un diametru de mai puţin de un miliard dintr-un yoctometru (un yoctometru este 10^-24 de metri), teoria cuantică spune că distincţia dintre spaţiu şi timp era extrem de neclară. Acest lucru înseamnă că Universul nu avea limite în timp şi spaţiu. Aşadar, chiar conceptul de „origine” în timp dispare conform concepţiilor cuantice.

În 2004, a revocat una dintre teoriile sale conform căreia găurile negre distrug totul ce cade în ele şi că nimic nu poate scăpa de aceste corpuri, susţinând că există noi descoperiri care să rezolve Paradoxul Hawking. În noua sa definiţie a găurilor negre, orizontul de evenimente nu este atât de bine delimitat şi nu ascunde tot ce se găseşte în interior, adoptând şi conceptul de multivers pentru a ajuta la explicarea conservării informaţiei din găurile negre.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Marele astrofizician Stephen Hawking a murit. A reuşit zeci de ani să învingă o boală cumplită

Stephen Hawking, o scurtă istorie a unui geniu: ''Să fiu al naibii dacă voi muri înainte să descopăr mai multe din tainele Universului''

Fizicienii regândesc natura spaţiului şi a timpului într-o încercare de a elabora ''teoria totului''

Stephen Hawking, celebrul fizician care a revoluţionat astrofizica, prezice că sfârşitul lumii este mai aproape decât credem