В тази кратка публикация в блога научете повече за един от стълбовете на науката.
Каква е историята на Стивън Хокинг?
Стивън Хокинг е световноизвестен британски физик теоретик, известен с приноса си в областта на космологията, общата теория на относителността и квантовата гравитация, особено в контекста на черните дупки. През 60-те и 70-те години на ХХ век той работи върху революционни теореми за сингулярностите в общата теория на относителността и прави теоретичното предсказание, че черните дупки трябва да излъчват радиация (сега известна като радиация на Хокинг). Публикувал е и няколко научнопопулярни книги, в които обсъжда собствените си теории и космологията като цяло, включително бестселъра „Кратка история на времето“, и е смятан за един от най-големите умове във физиката след Алберт Айнщайн. По собствените му думи: „Целта ми е проста. Тя е да разберем напълно Вселената, защо е такава, каквато е, и защо изобщо съществува.“
Стивън Уилям Хокинг е роден на 8 януари 1942 г. в Оксфорд, Англия, в разгара на Втората световна война. След раждането му в относителната безопасност на Оксфорд семейството се връща в Лондон, където баща му ръководи паразитологичния отдел на Националния институт за медицински изследвания, въпреки постоянния риск от бомбардировки от страна на германските военновъздушни сили. През 1950 г. Хокинг се премества със семейството си в Сейнт Олбънс, където посещава гимназията за момичета Сейнт Олбънс от 1950 до 1953 г. (момчетата могат да я посещават до 10-годишна възраст), а от 11-годишна възраст посещава училището Сейнт Олбънс, където е добър, макар и не отличен ученик.
През 1959 г. печели стипендия за Университетския колеж в Оксфорд, стария колеж на баща му, където учи физика при Робърт Берман (главно защото там не се предлага предпочитаната от него математика) и където проявява особен интерес към термодинамиката, относителността и квантовата механика. Въпреки понякога небрежните си навици за учене и отегчението от университетския живот, той се дипломира през 1962 г. с първокласна диплома.
След дипломирането си прекарва кратко време в изучаване на слънчевите петна в Обсерваторията на Оксфордския университет. Скоро обаче осъзнава, че се интересува повече от теория, отколкото от наблюдения, и напуска Оксфорд, за да отиде в Тринити Хол, Кеймбридж, където известно време учи при Фред Хойл, най-изтъкнатия английски астроном по онова време.
В скоро време след пристигането си в Кеймбридж, на 21-годишна възраст, Хокинг започва да развива първите симптоми на амиотрофична латерална склероза (АЛС или „болестта на Лу Гериг“) – вид заболяване на двигателните неврони, което в крайна сметка ще доведе до загуба на почти целия нервно-мускулен контрол. Въпреки че лекарите прогнозират (погрешно), че Хокинг няма да преживее повече от две или три години, той постепенно губи способността си да използва ръцете, краката и гласа си, докато не става почти напълно парализиран и квадриплегичен.
През 1965 г. той посещава лекция на английския математик Роджър Пенроуз, който току-що е публикувал революционна статия за сингулярностите на пространство-времето (събития, при които законите на физиката изглежда се развалят). Хокинг възвръща енергията си и с нова сила се посвещава на изучаването на теоретичната астрономия и космологията, особено в областта на черните дупки и сингулярностите. По-късно той си сътрудничи с Пенроуз в няколко важни статии по тези теми.
Друг преломен момент в живота му настъпва през 1965 г., когато се жени за студентката по езици Джейн Уайлд. С нейна помощ и с помощта на научния си ръководител Денис Сиама Хокинг завършва докторантурата си и става научен сътрудник, а след това и професор в колежа „Гонвил и Кайюс“ в Кеймбридж.
През 1968 г. той се присъединява към персонала на Института по астрономия в Кеймбридж, където остава до 1973 г., и започва да прилага законите на термодинамиката към черните дупки, използвайки изключително сложна математика. В края на 60-те години на ХХ в. той и неговият приятел и колега от Кеймбридж Роджър Пенроуз прилагат нов сложен математически модел, създаден от тях въз основа на общата теория на относителността на Алберт Айнщайн, който кара Хокинг да докаже първата от многото теореми за сингулярността през 1970 г. Тази теорема предоставя набор от достатъчни условия за съществуването на сингулярност в пространство-времето, а също така предполага, че пространството и времето наистина биха имали начало в събитие от типа на Големия взрив и край в черни дупки. Всъщност той преобърна идеята на Пенроуз, че създаването на черна дупка непременно ще доведе до сингулярност, като доказа, че именно сингулярността е довела до създаването на самата Вселена.
В сътрудничество с Брандън Картър, Вернер Израел и Дейвид Робинсън той предоставя математическо доказателство на „теоремата без коса“ на Джон Уилър, според която всяка черна дупка се описва изцяло от трите свойства на масата, ъгловия момент и електрическия заряд, и предлага четирите закона на механиката на черните дупки, подобно на четирите класически закона на термодинамиката. Въз основа на анализа на гама-лъчите той също така предполага, че първичните черни дупки или „мини черните дупки“ биха се образували след Големия взрив.
През 1974 г. Хокинг и Джейкъб Бекенщайн доказват, че черните дупки всъщност не са напълно черни, а че трябва термично да създават и излъчват субатомни частици, известни днес като лъчение на Хокинг, докато накрая изчерпят енергията си и се изпарят. Това е довело и до така наречения „информационен парадокс“ или „парадокс на Хокинг“, според който физическата информация (която приблизително означава идентичността и различните свойства на частиците) изглежда напълно изгубена във Вселената, в противоречие с приетите закони на физиката. Хокинг защитава този парадокс срещу аргументите на Леонард Зюскинд и други в продължение на тридесет години, докато не се отказва от него през 2004 г.
Тези пионерски постижения са постигнати въпреки нарастващата парализа, причинена от ALS на Хокинг. Към 1974 г. той не е в състояние да се храни сам или да става от леглото, а говорът му е толкова слаб, че може да бъде разбран само от хора, които го познават добре. През 1985 г. се разболява от пневмония и се налага да му бъде направена трахеотомия, вследствие на което той не може да говори, въпреки че различни приятели и благодетели сътрудничат за изработването на устройство, което му позволява да пише на компютър с помощта на малки движения на тялото си, а след това да произнася написаното с помощта на гласов синтезатор.
През 1973 г. той напуска Института по астрономия и преминава към Департамента по приложна математика и теоретична физика, а през 1979 г. е назначен за Лукасов професор по математика в Кеймбриджкия университет, на който пост работи 30 години до пенсионирането си през 2009 г. Той има три деца от Джейн Уайлд: Робърт (1967 г.), Луси (1969 г.) и Тимъти (1979 г.), но двойката окончателно се разделя през 1991 г., очевидно поради натиска на известността на Хокинг и нарастващата му инвалидност.
Изследователската дейност на Хокинг му носи значителна слава и известност. През 1974 г., на 32-годишна възраст, той е избран за един от най-младите стипендианти на Кралското дружество. През 1982 г. е произведен в Командор на Ордена на Британската империя (CBE), а през 1989 г. – в Почетен другар. Има дванадесет почетни степени, както и множество други награди, медали и отличия, включително наградата „Алберт Айнщайн“, най-престижната в областта на теоретичната физика. Става известен и на по-широка аудитория, особено след международния си бестселър от 1988 г. „Кратка история на времето“ и продълженията му „Вселената накратко“ (2001 г.) и „По-кратка история на времето“ (2005 г.).
Той продължава изследванията си върху експлозията на черните дупки, теорията на струните и раждането на черни дупки в нашата собствена галактика. Неговата работа също така подчерта необходимостта от обединяване на общата теория на относителността и квантовата теория в една цялостна теория на квантовата гравитация, известна като „теория на всичко“, особено ако искаме да обясним какво наистина се е случило по време на Големия взрив. Още през 1974 г. неговата теория за излъчването на лъчението на Хокинг от черни дупки е може би един от първите примери за теория, синтезираща, поне до известна степен, квантовата механика и общата теория на относителността.
Безбройните други научни изследвания на Хокинг през годините включват изучаването на квантовата космология, космическата инфлация, производството на хелий в анизотропни вселени на Големия взрив, космологията на „Големия N“, матрицата на плътността на Вселената, топологията и структурата на Вселената, бебешките вселени, ян-Милсовите инстантони и S-матрицата, анти-де-Ситър пространство, квантово заплитане и ентропия, природа на пространството и времето и стрелата на времето, пространствено-времева пяна, теория на струните, супергравитация, Евклидова квантова гравитация, гравитационен хамилтониан, теориите на Бранс-Дике и Хойл-Нарликар за гравитацията, гравитационно излъчване, холография, симетрия на времето и червееви дупки.
Никога не се е страхувал да предизвиква спорове, през 80-те години на ХХ в. той дори започва да поставя под въпрос самата теория за Големия взрив, като предполага, че може би никога не е имало начало и че няма да има край, а само промени, постоянен преход от една „вселена“ към друга чрез засечки в пространство-времето. Той разработва своето „неограничено предложение“ в сътрудничество с американския физик Джим Хартъл. В рамките на класическата обща теория на относителността Вселената трябва или да е безкрайно стара, или да е започнала със сингулярност, но предложението на Хокинг и Хартъл повдига трета възможност: Вселената е крайна, но не е имала начална сингулярност, която да създаде граница. Историята на тази неограничена Вселена във „въображаемото време“ може би най-добре може да се разгледа, като се използва аналогията със земната повърхност, като Големият взрив е еквивалентен на северния полюс на Земята, а размерът на Вселената се увеличава с въображаемото време, когато човек се движи на юг от екватора.
През 1995 г. Хокинг се жени за медицинската си сестра Илейн Мейсън, въпреки че се развеждат през 2006 г. на фона на непотвърдени слухове за физическо насилие, а оттогава той се е помирил с първата си съпруга Джейн. През 2003 г. Хокинг се разболява опасно от пневмония, след което отново изненадва лекарите си, като се възстановява и се посвещава все повече на работата си.
През 2004 г. той радикално променя едно от противоречивите си твърдения за черните дупки (те унищожават всичко, което попада в тях, и от черна дупка не може да бъде възстановена никаква информация), заявявайки, че новите открития могат да помогнат за разрешаването на „информационния парадокс на черната дупка“. В новото му определение за черните дупки хоризонтът на събитията не е толкова добре очертан и може да не скрива напълно всичко в него отвън, а той приема концепцията за мултивселена, за да помогне да се обясни запазването на информацията в черните дупки.
Вижданията на Хокинг за съществуването на Бог са обект на много дебати, особено след публикуването през 1988 г. на „Кратка история на времето“, в която той смята, че откриването на глобална теория на всичко ще ни позволи да „опознаем ума на Бога“, което някои тълкуват като буквално, а други като литературно. В книгата си от 2010 г. „Големият проект“ обаче той заявява недвусмислено, че „спонтанното сътворение е причината да има нещо, а не нищо, да съществува Вселената, да съществуваме ние. Не е нужно да се позоваваш на Бог… за да задвижиш Вселената.“
Хокинг напуска поста си на Лукасов професор по математика в Кеймбридж през 2009 г. в съответствие с политиката на университета за пенсиониране и приема почетна изследователска катедра в Института за теоретична физика „Периметър“ във Ватерло, Канада. През същата година е удостоен с Президентския медал на свободата – най-високото гражданско отличие на САЩ.
Стивън Хокинг умира на 76-годишна възраст на 13 март 2018 г.
Вижте повече за него в следващата ни статия: Кой е Едуин Хъбъл?“