Waarom Stephen Hawking Nog Steeds Van Belang Is Op Zijn 76E Verjaardag

{h1}

Stephen hawking, de natuurkundige die het universum opnieuw opwond en afgeroomde deeltjes stimuleerde uit de hete grensregio's van zwarte gaten, wordt 76.

Stephen Hawking, de fysicus die het universum opnieuw opwond en afgeroomd, stimuleerde deeltjes uit de hete grensregio's van zwarte gaten, wordt tegenwoordig 76 (8 januari).

Hawking is niet alleen een wereldberoemde kosmoloog, maar ook een icoon van een popcultuur. Hij is een opvallende figuur: een genie opgerold in een lichaam grotendeels geïmmobiliseerd door amyotrofische laterale sclerose of ALS. Hij wordt ondersteund door een geavanceerde rolstoel en communiceert met de wereld via een zeldzaam en gespecialiseerd systeem dat de bewegingen van één enkele spier in zijn wang omzet in spraak. In die modus verscheen hij op 'Star Trek: The Next Generation', 'The Simpsons' en 'The Big Bang Theory'.

Maar de meest duurzame nalatenschap van Hawking zal de belangrijkste fysicus van de tweede helft van de 20e eeuw zijn - een onderzoeker die de eerdere werken van figuren zoals Albert Einstein en Werner Heisenberg nam en ze samenbracht tot iets dat een samenhangende verklaring voor het gedrag van de kosmos. [8 Shocking Things We Learned from Stephen Hawking's Book]

"Er is een singulariteit in ons verleden"

Geen goed geniaal verhaal begint met iets minder dan een knal, dus is het passend dat Hawking's eerste grote prestatie ook zijn proefschrift was aan de Universiteit van Cambridge.

Hawking's proefschrift, goedgekeurd in 1966, maakte een dramatisch argument: dat het hele universum begon als een enkel punt, oneindig klein en dicht en opgerold op zichzelf - een punt aan het begin van alles. Of, zoals hij later zou schrijven, bondig: "Er is een singulariteit in ons verleden."

Het was de eerste beschrijving van de oerknal zoals deze tegenwoordig algemeen wordt begrepen: een oneindig klein punt aan het verre uiteinde van de tijd dat barstte in onze moderne, zich steeds uitbreidende kosmos.

Zoals Hawking in zijn lezing van 2005 "The Origin of the Universe" beschreef, kwam zijn these op een moment dat wetenschappers hadden gezien dat de enorme lege ruimten van de ruimte, de kloven tussen sterrenstelsels, zich uitbreidden. Maar ze waren niet zeker waarom. Sommige natuurkundigen stelden zwakkere versies van het Big Bang-concept voor, minus de singulariteit. Maar een andere theorie, de Steady State Universe genaamd, was dominant.

"Toen sterrenstelsels uit elkaar gingen," zei Hawking over het Steady State Universe, "was het idee dat nieuwe sterrenstelsels zouden ontstaan ​​uit materie die voortdurend in de ruimte zou moeten worden gecreëerd. Het universum zou voor altijd bestaan ​​hebben en er hetzelfde uitzien op alle tijden."

Met andere woorden, veel wetenschappers dachten dat het universum uitdijde, maar op een manier die het geen begin en geen einde gaf.

Zoals biograaf Kitty Ferguson schreef in haar boek "Stephen Hawking: An Unfettered Mind" (St. Martin's Griffin, 2012), worstelde Hawking met depressie in de maanden na zijn ALS diagnose van 1963 op 21-jarige leeftijd, en had die mentale ziekte aanhoudt, zou hij misschien nooit aangekomen bij zijn proefschrift. Maar zijn depressie zakte weg toen duidelijk werd dat hij de verwachtingen te boven ging en dat hij een uitzondering kreeg op de Cambridge-regels voor afgestudeerde studenten, waardoor hij volgens Ferguson met zijn eerste vrouw, Jane Wilde, kon trouwen.

In die periode voordat hij het onderwerp van zijn proefschrift bereikte, rapporteerde Hawking gefrustreerd te zijn over de manier waarop onderzoekers zich bezighielden met werk dat hij uiteindelijk als triviaal beschouwde.

"Mensen waren zo blij dat ze een oplossing voor [Einstein's] veldvergelijkingen konden vinden, ze vroegen niet wat voor fysieke significantie ze hadden," zei hij later tijdens zijn verjaardagsexamen 2002.

Die frustratie leidde hem naar zijn eerste penseel met bekendheid. Zoals Ferguson vertelde, reisde Hawking in juni 1964 naar een lezing van Fred Hoyle, een beroemde astronoom en pleitbezorger van de Steady State Universe-theorie. Tijdens de lezing raakte Hawking zo gefrustreerd dat hij zich overeind trok, steunend op zijn wandelstok, een van de resultaten van Hoyle uitdaagde. [Portret van Genius: Stephen Hawking Exhibit-foto's]

"Een verbaasde Hoyle vroeg Hawking hoe hij kon beoordelen of het resultaat goed of fout was," schreef Ferguson. "Hawking antwoordde dat hij het" had uitgewerkt. "

Het publiek was onder de indruk, en Hoyle was "razend" door deze onbekende afgestudeerde student die het onderzoek van de professor in zijn hoofd leek te hebben gescheurd tijdens de lezing, schreef Ferguson. (In feite was Hawking bevriend geraakt met een van de studenten van Hoyle en begon hij het idee al lang voor de lezing aan te vallen.)

Kort daarna, schreef Ferguson, hoorde Hawking over een kosmologische theorie ontwikkeld door wiskundige Roger Penrose: dat singulariteiten, de punten van oneindige dichtheid en ruimte-tijdkromming getheoretiseerd in algemene relativiteit, zouden eigenlijk kunnen verschijnen wanneer voldoende grote sterren op zichzelf instorten. [8 manieren waarop je de relativiteitstheorie van Einstein in het echte leven kunt zien]

"Hawking vertrok vanaf daar," schreef Ferguson, "veranderde de richting van de tijd, en overwoog wat er zou gebeuren als een punt van oneindige dichtheid en oneindige kromming van ruimte-tijd - een singulariteit - naar buiten explodeerde en zich uitbreidde. Dat veronderstel dat ruimte-tijd, opgerold in een klein, dimensieloos punt, explodeerde in wat we de Oerknal noemen en uitdijen totdat het er uitziet zoals het vandaag is. Is het misschien zo gebeurd? Moet het is zo gebeurd? "

Hawking ging aan de slag en maakte een back-up van zijn speculatie met robuuste ondersteunende berekeningen.Zijn proefschrift, gebaseerd op die berekeningen, werd in 1966 goedgekeurd. Die berekeningen, samen met vervolgonderzoek uitgevoerd in samenwerking met Penrose gedurende het decennium dat daarop volgde, vormden de basis voor het moderne begrip van wetenschappers van de oerknal.

Rond dezelfde tijd begonnen bepaalde sleutelvoorspellingen van de Steady State Universe-theorie te mislukken door experimentele tests, waardoor de status van Hawking als ontdekker van de ware geschiedenis van het vroege universum werd versterkt.

Zwart gat explosies?

Als Hawking's enige prestatie in zijn carrière de historische vorm van het universum ontdekte, zou hij nog steeds een reus zijn - het soort persoon dat wordt genoemd naast Rosalind Franklin, die de vorm van de dubbele helix van DNA ontdekte, of Nicolaus Copernicus, die het eerst de heliocentrisch model van het zonnestelsel. Maar dat was slechts de eerste van de twee bepalende prestaties van Hawking.

De tweede, Hawking-straling vereist een beetje begrip van twee dingen: zwarte gaten en de kwantummechanica van lege ruimte.

Ten eerste over zwarte gaten: een zwart gat is een ster die op zichzelf is ingestort en zo zwaartekrachtig intens wordt dat zelfs een licht in een gebied rond zijn centrum niet kan ontsnappen. Voorbij dat punt, dat de gebeurtenishorizon wordt genoemd, is de ruimtetijd zo gebogen dat alles wat achter de sluier valt voorgoed verloren is. Een zwart gat, volgens dit inzicht in de vroege jaren zeventig, straalt nooit licht uit, krimpt nooit, verliest nooit massa; het krijgt alleen massa en trekt meer ruimte in zijn verhulde territorium.

Ten tweede, over de kwantummechanica: tegen de tijd van Hawking's carrière hadden wetenschappers lang geweten dat Heisenberg's onzekerheidsprijs impliceerde dat lege ruimte niet echt leeg is. In plaats daarvan bruist het van "virtuele" deeltjes - materie-antimaterie paren die samen verschijnen, van elkaar scheiden en dan tegen elkaar botsen en vernietigen in een tijdspanne die te kort is om te meten. (Wetenschappers argumenteren tot op de dag van vandaag of deze virtuele deeltjes echt bestaan ​​of verschijnen alleen in kwantumvergelijkingen vanwege hun rare, probabilistische aard.)

In de late zomer van 1973 woonden Stephen en Jane Hawking een lezingenreeks bij in Warschau, Polen, ter gelegenheid van de 500e verjaardag van Copernicus, schreef Ferguson. Daar ontmoette Hawking twee Sovjet fysici, Yakov Borisovich Zel'dovich en zijn student Alexei Alexandrovich Starobinsky, die hadden aangetoond dat de energie van het draaien van zwarte gaten deeltjes zou creëren net buiten de horizon van hun evenement. Die deeltjes vlogen de ruimte in, zeiden Zel'dovich en Starobinsky in hun lezing, terwijl ze een deel van de spin van het zwarte gat onderuitgezakt. Uiteindelijk zeiden Zel'dovich en Starobinsky dat de zwarte gaten zouden stoppen met ronddraaien.

Het idee bleef hangen in Hawking's hoofd, schreef Ferguson, en hij keerde terug naar Cambridge om de berekeningen van Zel'dovich en Starobinky te herhalen en te verfijnen. Maar toen hij zijn eerste steken zette in hun resultaten, ontvouwde zich iets nieuws.

"Tot mijn verrassing en ergernis ontdekte ik dat zelfs niet-roterende zwarte gaten schijnbaar deeltjes zouden moeten creëren en uitstoten," schreef hij later in zijn boek uit 1988 "A Brief History of Time." [De beste wetenschappelijke boeken]

Dit is waarom, zoals hij in dat boek uitlegde:

Als er zwarte gaten in de ruimte zijn en gedefinieerde evenementenhorizons hebben, en als de ruimte voortdurend zwelt met virtuele "paren van zelfvernietigende deeltjes, dan moeten die deeltjes soms ontstaan ​​aan de rand van de horizon van de zwarte gaten". van die deeltje paren moet perfect gepositioneerd verschijnen met een negatief-massa antimaterie deeltje gescheiden aan een kant van de gebeurtenis horizon en de andere positieve massa materie deeltje gescheiden aan de andere kant.

Die vreemde omstandigheid zou de deeltjes van hun virtuele halfbestaan ​​effectief "opjagen" tot de volledige werkelijkheid, besefte Hawking, omdat ze genoeg gescheiden zouden zijn geweest om niet te vernietigen. Dat betekende dat deeltjes van energie en massa lijken te stromen van de oppervlakte van de horizon van zwarte gaten. En die stroom van energie, die naar buiten uitstraalt van wat natuurkundigen voorheen geloofden, waren eeuwig donkere lichamen, nam de naam Hawking-straling, nadat hij het beschreef in een artikel uit 1974 getiteld "Black Hole Explosions" in Nature;

Hawking-straling veranderde de manier waarop natuurkundigen het universum begrepen grondig. Vóór het besef van Hawking geloofden wetenschappers dat elke materie of energie verloren aan een zwart gat voor altijd uit het ruimere universum was verdwenen, zodanig dat de evenementhorizons van de zwarte gaten zouden fungeren als muren van waaruit sommige spullen van het universum nooit zouden terugkeren.

Maar de ontdekking van Hawking toonde aan dat zwarte gaten in de loop van de tijd steeds sneller zouden vervallen. Voor elk positief deeltje dat van het oppervlak van een gebeurtenishorizon naar buiten in het ruimere universum stroomde, zou een negatief deeltje met negatieve energie en massa terugvallen in de ruimte voorbij de gebeurtenissenhorizon, waardoor de totale massa en energie die daar zijn opgesloten, wordt verminderd. Na verloop van tijd zou dat proces ervoor zorgen dat zwarte gaten krimpen. En terwijl ze krompen, worden ze actiever met Hawking-straling en krimpen ze sneller.

Hawking voorspelde dat het universum "oeroude zwarte gaten" moest bevatten die niet voortkwamen uit instortende sterren, maar uit de extreme druk van het vroege universum. Deze zwarte gaten, zo redeneerde hij, zouden aanzienlijk zijn gekrompen gedurende de tussenliggende miljarden jaren en hun kleine gebeurtenishorizon zou krachtige stralen van Hawking-straling veroorzaken.

"Dergelijke gaten verdienden nauwelijks [te noemen] zwart: dat zijn ze echt wit heet, "schreef hij in" A Brief History of Time. "

Uiteindelijk besloot Hawking dat ze zouden ontploffen.

Toen Hawking dit idee begon te delen, schreef Ferguson in 'An Unfettered Mind', kregen zijn collega's het als briljant of ketters. Toen Penrose het hoorde fluisteren, belde hij Hawking net zoals de fysicus aan zijn verjaardagsdiner uit 1974 zat en feliciteerde hem zo lang dat zijn eten koud werd. Maar maanden later stond de moderator op het symposium waar Hawking zijn voorstel presenteerde op om het 'volslagen onzin' te noemen.

Tegenwoordig wordt het beschouwd als een fundamenteel wetenschappelijk feit.

Voorbij zwarte gaten

In de vier en een half decennia sinds 'Black Hole Explosions?' Hawking is doorgegaan met het publiceren van onderzoek dat de basis vormt van het universum - inclusief ideeën die zijn eigen eerdere bijdragen aantasten. (Zie bijvoorbeeld de verrassende kop van 2014 in Nature, "Stephen Hawking: There Are No Black Holes '".)

Hawking is het beroemdst geworden in zijn latere carrière als wetenschapscommunicator. Hij volgde zijn klassieker uit 1988 'A Brief History of Time' met nog 10 werken van populaire wetenschap en een memoires getiteld 'My Brief History' (Random House, 2013).

Het is onmogelijk om over de enorme bijdragen van Hawking aan het menselijk begrip van het universum te praten zonder de context te erkennen van zijn langdurige gezondheid. Hawking's twee belangrijke bijdragen aan de natuurkunde kwamen tijdens dezelfde periode waarin hij transformeerde van een jonge persoon die in staat was om alleen te lopen naar een man die was opgesloten in een rolstoel, zijn spraak had onduidelijk en afhankelijk was van zijn vrouw om zijn gedachten te transcriberen.

ALS verlamt het lichaam, maar - althans in het geval van Hawking - het beschadigt de geest niet. En voor dat, schreef Ferguson, heeft Hawking zichzelf al lang 'uiterst gelukkig' genoemd.

"Het was waar in 1964, en het is vandaag," schreef Ferguson, "dat wat Hawking betreft, hoe minder gemaakt van zijn fysieke problemen, hoe beter." Ik herkende in 1989, tijdens interviews voor mijn eerste boek over hem, dat als ik zou schrijven over zijn wetenschappelijk werk en niet volledig zou vermelden dat het doen van dergelijk werk mogelijk meer een prestatie voor hem was dan het voor de meeste mensen zou zijn, dat zou hem goed hebben gedaan. "

Hawking is het comfortabelst gebleken om handicap te bespreken in de context van zijn activisme, dat aanzienlijk was. In 1999 sloot hij zich aan bij een groep van 12 prominente figuren, waaronder de Zuid-Afrikaanse activiste Desmond Tutu, bij het ondertekenen van een charter waarin de regeringen van de wereld worden opgeroepen hun relaties met hun gehandicapte bevolking te transformeren en diensten uit te breiden die het leven van mensen met een handicap verbeteren.

Hawking was ook een prominente verdediger van de universele gezondheidszorg en de National Health Service (NHS) van het Verenigd Koninkrijk, in een toespraak van de conservatieve partij, Jeremy Hunt, in augustus 2017, vanwege onvoldoende financiering en ondersteuning van het programma.

"Ik zou hier niet zijn zonder de NHS," zei Hawking.

Hawking krijgt meestal de meeste aandacht voor zijn ideeën over de toekomst van de mensheid wanneer hij commentaar geeft op kunstmatige intelligentie of buitenaardse wezens. Maar de meeste van zijn uitspraken over dit onderwerp waren meer nuchtere: tegenovergestelde oorlogen, verontrustend dat het ontslag van de Amerikaanse president Donald Trump van klimaatverandering de planeet zou kunnen schaden en toetreden tot de wereldwijde academische boycot van Israël.

WordsSideKick.com wenst Hawking een heel gelukkige verjaardag en nog veel meer.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com