Stephen Hawking, 1942–2018

Stephen Hawking, známý fyzik, známý vědecký komunikátor a všestranná inspirace, zemřel ve věku 76 let.

Stephen Hawking promlouvá k davu na Northeastern University v roce 1991.
S&T : Kelly Beatty

Profesor Stephen William Hawking zemřel ráno 14. března 2018 v pohodlí svého domova v britském Cambridge. Bylo mu 76.

Fyzik se stal mezinárodní ikonou, která po diagnóze Lou Gehrigovy choroby z roku 1963 utratila očekávání. Prožil pozoruhodně plný život, s brilantní kariérou ve fyzice a vědecké komunikaci a přežili ho tři děti, Robert, Lucy a Timothy a tři vnoučata.

Hawking se narodil 8. ledna 1942 v anglickém Oxfordu. Přestože vykazoval přirozenou inteligenci (jeho kamarádi ho přezdívali „Einstein“), ve svých raných letech se nepoužil, obvykle se umístil na spodním konci svých tříd. Ale věda ho zaujala a nechala ho s hladem, aby pochopil vesmír. Tento prvotní zájem sloužil jako inspirace, která vedla k tomu, že dostal stipendium na University College Oxford, kde studoval fyziku a promoval s vyznamenáním. Poté pokračoval na univerzitě v Cambridge, kde studoval kosmologii, a v roce 1966 vydal práci s názvem „Vlastnosti rozšiřujících se vesmírů“. Hawking se po ukončení studia stal výzkumným pracovníkem v Cambridge a zůstal společníkem po zbytek svého života. .

Přesto to bylo v tomto časovém období, v roce 1963, kdy byl ve 21 letech diagnostikován Hawking s amyotropickou laterální sklerózou (ALS, také známou jako Lou Gehrigova choroba). ALS je onemocnění motorických neuronů, skupina poruch, které ovlivňují nervy v mozku a míchy. Když svaly těla přestávají přijímat zprávy z mozku, oslabují a plýtvají.

Diagnóza byla devastující, protože Hawkingovi bylo v té době řečeno, že bude mít jeden, možná dva roky, aby žil po nástupu příznaků. O deset let později si lékaři uvědomují, že u mladších pacientů se zdá, že se onemocnění vyvíjí jinak. Hawking přesto překvapil lékařskou komunitu až do konce: „Nejsem si vědom nikoho jiného, ​​kdo s ALS přežil tak dlouho, “ řekl Nigel Leigh, profesor klinické neurologie na King's College London, British Medical Journal v roce 2002.

Přesto ho diagnóza spíš urychlila, než aby ho zpomalila. Hawking se zaměřil na svůj výzkum více než kdy předtím. Ve své nejprodávanější stručné historii času Hawking poznamenal, že v roce 1965 „… uplynuly dva roky a já jsem nebyl o tolik horší. Ve skutečnosti pro mě všechno šlo celkem dobře. . . “

Ten rok byl Hawking zasnoubený za to, že se oženil s „velmi pěknou dívkou“ jménem Jane Wilde, s níž se setkal na vysokoškolské oslavě v roce 1962. Potřeboval práci, a proto nejprve PhD, vrhal se na myšlenku práce když narazil na práci Rogera Penrose (poté na Birkbeck College v Londýně). Penrose použil matematické vzorce, aby ukázal, že hvězda hroutící se pod vlastní gravitací se musí v časoprostoru stát singularitou. Netrvalo dlouho, než Hawking vrhl tyto rovnice dozadu v čase, což dokazuje, že rozšiřující se vesmír musel vycházet z singularity Velkého třesku.

Black Holes: Not So Black

Hawkingův zájem o singularity ho přirozeně vedl k černým dírám. Dokonce i když ho ALS do roku 1969 vložil na invalidní vozík, Hawking spojoval myšlenky, které mu vynesly slávu: Hawkingovo záření.

Hawking se stal přes myšlenku ne tak černých černých děr, když se hádal proti myšlence, kterou představil Jacob Bekenstein, student z Princetonu. Druhý termodynamický zákon nám říká, že porucha jakéhokoli uzavřeného systému se postupem času zvyšuje. Rovnice obecné relativity nám také říkají, že horizont událostí černé díry, poloměr, který měří „bod bez návratu“ kolem singularity, roste jen s tím, jak se černá díra živí hmotou. Bekenstein tedy navrhl, aby horizont událostí černé díry byl měřítkem jeho entropie, protože oba postupem času rostou. V roce 1972 Hawking tvrdil, že tento vztah nemůže být pravdivý, protože černé díry nevyzařují. Jak poznamenává v Krátké historii času, při psaní tohoto článku jsem byl částečně motivován podrážděním Bekensteinem.

Hawking si brzy uvědomil, že černé díry vyzařují a to je přesně v souladu s druhým zákonem termodynamiky. V roce 1974 Hawking formalizoval toto porozumění spojením zvláštností obecné relativity s podivnou představou kvantové mechaniky, že vakuum není prázdné. Spíše to, co se zdá být prázdným prostorem, je díky kvantové nejistotě ve skutečnosti lázeň virtuálních částic, které existují za zlomek sekundy. Částice nemohou přijít z ničeho, takže tyto virtuální částice přicházejí v párech, jedna s pozitivní energií a druhá s negativní energií.

Hawking si uvědomil, že v přítomnosti černé díry půjde ohromné ​​gravitační pole těmto vakuovým částicím energii a učiní je skutečnými. Pokud jeden spadne do černé díry, jeho partner může uniknout. Vzdálenému pozorovateli se zdá, že kdysi virtuální částice vyzařuje ze samotné černé díry. A zdá se, že černá díra sama o sobě ztratí nepatrnou část hmoty.

K ozáření jestřábů dochází, když se objevují dvě virtuální částice poblíž horizontu události černé díry. Přílivová gravitace černé díry táhne pár od sebe a zvyšuje jejich energii tak, aby se staly skutečnými, dlouho žijícími částicemi. Pokud jedna částice spadne do černé díry, druhá může uniknout a odnést část energie / hmoty černé díry.
S&T: Gregg Dindermann

Je zvláštní, že toto Hawkingovo záření závisí na hmotnosti černé díry opačným způsobem, než byste si mysleli: černá hmotná díra ve hvězdné hmotě by trvala 10 66 let, než se vypaří, jen o trochu déle, než je věk vesmír (což je zhruba 10 10 let, zhruba řečeno). Jejich Hawkingovým zářením teoreticky bylo možné spatřit pouze mikroskopické, možná prapůvodní černé díry, jak tomu dosud nebylo.

Ale Hawkingovo záření nebylo pro praktická pozorování tak důležité, co to pro fyziku obecně znamenalo. Černé díry se mohou živit jakýmkoli druhem - plynem, hvězdami, kuchyňským dřezem, takže mají neuvěřitelné množství informací. Jak mi řekl Hawking během inaugurace na Black Hole Initive v Harvardově univerzitě v dubnu 2016, [Black holes] jsou nejúčinnějšími pevnými disky ve vesmíru. Všechny informace v databankách Google by byly uloženy v černé díře menší než miliontina miliontiny palce. Přesně to, jak jsou schopni ukládat tolik informací, je jednou z velkých záhad vesmíru, na kterých nyní velmi tvrdě pracujeme, aby se rozpadlo. “Přesto, pokud je Hawkingovo záření skutečné, pak jsou všechna tato data nakonec vyslána moře bezčásticových částic. Jinými slovy, černé díry mohou zničit informace samotné. Tato myšlenka, kterou Hawking publikoval v roce 1981, vedla k mnohem kontroverznějším než myšlenka Hawkingova záření. Dokonce i nyní se fyzici stále snaží pochopit důsledky, a to nejen pro černé díry, ale také pro základní zásady kvantové mechaniky a obecné relativity.

Sláva a budoucnost

V roce 1985 Hawking utrpěl infekci, která vedla k tracheotomii, což je procedura, která mu zachránila život, ale stála ho schopnost mluvit. Plně se spoléhal na počítačový hlasový systém, poprvé ovládaný prsty a v roce 2008, kdy se nerv, který mu umožnil pohyb palců, zhoršil, sval na tváři.

Tyto neúspěchy ho nezastavily - v roce 1988 publikoval Stručnou historii času, přehled složitosti obecné relativity, kvantové mechaniky a původu a struktury vesmíru. Zůstal na seznamu nejprodávanějších v Sunday Times 237 týdnů a odhaduje se, že prodalo 10 milionů kopií ve více než 40 jazycích. Jasné, často vtipné popisy základních pojmů mu udělily mezinárodní slávu, a později se hostoval ve Star Trek: Příští generace v roce 1993 a Teorie velkého třesku v roce 2012, kromě toho, že se objevil na zahajovacím ceremoniálu londýnské paralympijské hry 2012 .

Jeho osobní život se stal bouřlivým po jeho slávě: odloučil se od Jane, jeho manželky 25 let v roce 1990, a rozvedli se v roce 1995. Oženil se se svou jednorázovou zdravotní sestrou Elaine Masonovou, tentýž rok, ale v roce 2006 se rozvedli. „Jane a Stephen Hawking udržovali dobrý pracovní vztah. Janeova autobiografie s názvem Cestování do nekonečna: Můj život se Stephenem vyústila ve film z roku 2014, který oslavuje Hawkingův život Theory of Everything . Eddie Redmayne získal Oscara za jeho roli Hawkinga.

Sláva možná přinesla do Hawkingova života nějaké turbulence, ale také přinesla jeho výhody. 26. dubna 2007 měl Hawking příležitost letět s KC-135 NASA, modifikovanou tryskou laskavě nazvanou Vomit Comet, k dosažení čtyř minut beztíže.

"Možnost vznášet se v nule g bude úžasná, " řekl Hawking během předletové tiskové konference. "Chci veřejnosti ukázat, že kdokoli se může zúčastnit tohoto typu beztížného zážitku."

Stephen Hawking si během letu na palubě upraveného letadla Boeing 707 známého jako KC-135, populárněji Vomitská kometa, užíval nulové gravitace.
NASA

Stephen Hawking začal ve svých pozdějších letech obhajovat, že lidstvo přechází ke hvězdám, hlavně kvůli jeho obavám z globálního oteplování, přelidnění a epidemií, nemluvě o vzestupu „umělé inteligence“. V rámci své obhajoby Hawking pomohl zahájit Průlomové iniciativy v roce 2015 a byl členem správní rady Průlomového Starshot, projektu založeného v roce 2016 s návrhy na návštěvu nejbližšího hvězdného systému Alpha Centauri.

Při zahájení průlomu Starshot hovořil Hawking o překračujících limitech a řekl: „Příroda nás přitahuje k zemi. Ale právě jsem odletěl do Ameriky. Příroda mi zakazuje mluvit. [Pauza.] Ale tady jsem. “

Přátelé a kolegové dnes vzdali hold Stephenu Hawkingovi. Neil de Grasse Tyson na Twitteru řekl: „Jeho absolvování zanechalo za sebou intelektuální vakuum. Ale není to prázdné. Představte si to jako druh vakuové energie pronikající látkou časoprostoru, která se vzpírá. Stephen Hawking, RIP 1942-2018. “

Úřadující správce NASA Robert Lightfoot také vydal prohlášení, v němž řekl: „Dnešek svět ztratil obří mezi muži, jejichž dopad nelze přeceňovat. . . . Jeho ztrátu cítí po celém světě vše, co inspiroval svou prací a svým osobním příběhem vytrvalosti. “

Ale možná bychom měli nejlépe nechat slova samotného Hawkinga, vášnivého obhájce pro pochopení univerzálních zákonů, které nás všechny řídí.

"Chci se podělit o své nadšení a nadšení z tohoto úkolu." Nezapomeňte se tedy dívat na hvězdy a ne na vaše nohy. Pokuste se pochopit, co vidíte, a přemýšlet o tom, co způsobuje existenci vesmíru. Buďte zvědaví, a jakkoli se může zdát obtížný život, vždy můžete něco udělat a uspět. Záleží na tom, že se nevzdáš. “