Lär dig mer om en av vetenskapens grundpelare i detta korta blogginlägg.
Vad var Stephen Hawkings historia?
Stephen Hawking är en världsberömd brittisk teoretisk fysiker, känd för sina bidrag till områdena kosmologi, allmän relativitetsteori och kvantgravitation, särskilt i samband med svarta hål. Under 1960- och 1970-talen arbetade han med banbrytande teorem om singulariteter i den allmänna relativitetsteorin och gjorde den teoretiska förutsägelsen att svarta hål skulle avge strålning (numera känd som Hawkingstrålning). Han har också publicerat flera populärvetenskapliga böcker där han diskuterar sina egna teorier och kosmologi i allmänhet, bland annat bästsäljaren ”A Brief History of Time”, och han anses vara en av de största tänkarna inom fysiken sedan Albert Einstein. Med hans egna ord: ”Mitt mål är enkelt. Det är att förstå universum helt och hållet, varför det är som det är och varför det överhuvudtaget existerar.”
Stephen William Hawking föddes den 8 januari 1942 i Oxford, England, mitt under andra världskriget. Efter hans födelse i den relativa säkerheten i Oxford återvände familjen till London, där hans far drev parasitologidivisionen vid National Institute of Medical Research, trots den ständiga risken för bombning av det tyska flygvapnet. År 1950 flyttade Hawking med sin familj till St Albans, där han gick på St Albans High School for Girls från 1950 till 1953 (pojkar kunde gå där fram till 10 års ålder), och från 11 års ålder gick han på St Albans School, där han var en bra, men inte enastående, elev.
1959 vann han ett stipendium till University College, Oxford, hans fars gamla college, där han studerade fysik under Robert Berman (främst för att hans preferens, matematik, inte erbjöds där) och där han blev särskilt intresserad av termodynamik, relativitetsteori och kvantmekanik. Trots sina ibland slappa studievanor och sin tristess inför universitetslivet tog han examen 1962 med en förstklassig examen.
Efter examen studerade han under en kort tid solfläckar vid Oxford University Observatory. Han insåg dock snart att han var mer intresserad av teori än observation och lämnade Oxford för Trinity Hall i Cambridge, där han under en tid studerade för Fred Hoyle, den tidens mest framstående engelska astronom.
Ganska snart efter ankomsten till Cambridge, vid 21 års ålder, började Hawking utveckla de första symptomen på amyotrofisk lateral skleros (ALS eller ”Lou Gehrigs sjukdom”), en typ av motorneuronsjukdom som så småningom skulle leda till att han förlorade nästan all neuromuskulär kontroll. Trots att läkarna (felaktigt) förutspådde att Hawking inte skulle överleva mer än två eller tre år, förlorade han gradvis förmågan att använda armar, ben och röst, tills han blev nästan helt förlamad och tetraplegisk.
1965 deltog han i en föreläsning av den engelske matematikern Roger Penrose, som just hade publicerat en revolutionerande artikel om singulariteter i rymdtid (händelser där fysikens lagar verkar bryta samman). Hawking återfick sin energi och ägnade sig med förnyad kraft åt studier av teoretisk astronomi och kosmologi, särskilt inom området svarta hål och singulariteter. Han skulle senare samarbeta med Penrose i flera viktiga artiklar om dessa ämnen.
En annan vändpunkt i hans liv kom också 1965, då han gifte sig med en språkstudent, Jane Wilde. Med hennes hjälp och med hjälp av sin doktorandhandledare Dennis Sciama slutförde Hawking sin doktorsexamen och blev stipendiat och sedan professor vid Gonville and Caius College i Cambridge.
1968 började han arbeta vid Cambridge Institute of Astronomy, där han stannade till 1973, och började tillämpa termodynamikens lagar på svarta hål med hjälp av mycket komplex matematik. I slutet av 1960-talet tillämpade han och hans vän och Cambridge-kollega Roger Penrose en ny komplex matematisk modell som de hade skapat utifrån Albert Einsteins allmänna relativitetsteori, vilket ledde till att Hawking 1970 bevisade det första av många singularitetsteorem. Detta teorem gav en uppsättning tillräckliga villkor för existensen av en singularitet i rumtiden och innebar också att rum och tid verkligen skulle ha haft en början i en Big Bang-händelse och slutat i svarta hål. I själva verket vände han på Penroses idé att skapandet av ett svart hål nödvändigtvis skulle leda till en singularitet genom att bevisa att det var en singularitet som ledde till skapandet av själva universum.
I samarbete med Brandon Carter, Werner Israel och David Robinson gav han ett matematiskt bevis för John Wheelers ”hårlösa teorem”, enligt vilket alla svarta hål helt och hållet beskrivs av de tre egenskaperna massa, rörelsemängdsmoment och elektrisk laddning, och föreslog de fyra lagarna för svarta håls mekanik, liknande termodynamikens fyra klassiska lagar. Baserat på analysen av gammastrålning föreslog han också att primordiala svarta hål eller ”mini svarta hål” skulle ha bildats efter Big Bang.
År 1974 visade Hawking och Jacob Bekenstein att svarta hål i själva verket inte är helt svarta, utan att de måste termiskt skapa och avge subatomära partiklar, idag kända som Hawkingstrålning, tills de så småningom uttömmer sin energi och avdunstar. Detta har också gett upphov till den så kallade ”informationsparadoxen” eller ”Hawkingparadoxen”, enligt vilken fysikalisk information (vilket ungefär betyder partiklarnas identitet och distinkta egenskaper) verkar vara helt förlorad i universum, i strid med de vedertagna fysikaliska lagarna. Hawking försvarade denna paradox mot Leonard Susskinds och andras argument i trettio år, tills han som bekant tog tillbaka den 2004.
Dessa banbrytande prestationer gjordes trots den ökande förlamning som orsakades av Hawkings ALS. År 1974 kunde han inte äta själv eller ta sig upp ur sängen, och hans tal var så dåligt att han bara kunde förstås av människor som kände honom väl. År 1985 fick han lunginflammation och tvingades genomgå en trakeotomi, vilket gjorde honom helt oförmögen att tala, även om olika vänner och välgörare samarbetade för att tillverka en apparat som gjorde det möjligt för honom att skriva på en dator med hjälp av små rörelser i kroppen och sedan uttala det han hade skrivit med hjälp av en röstsyntes.
1973 lämnade han Institute of Astronomy för Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics och 1979 utsågs han till Lucasian Professor of Mathematics vid Cambridge University, en tjänst som han innehade i 30 år fram till sin pensionering 2009. Han fick tre barn med Jane Wilde: Robert (1967), Lucy (1969) och Timothy (1979), men paret separerade slutligen 1991, uppenbarligen på grund av trycket från Hawkings kändisskap och hans ökande funktionshinder.
Hawkings banbrytande forskning gav honom betydande berömmelse och kändisskap. År 1974, vid 32 års ålder, valdes han till en av de yngsta medlemmarna i Royal Society. Han utnämndes till Commander of the Order of the British Empire (CBE) 1982 och till Companion of Honour 1989. Han har samlat på sig tolv hedersdoktorat, liksom många andra utmärkelser, medaljer och priser, inklusive Albert Einstein-priset, det mest prestigefyllda inom teoretisk fysik. Han har också blivit känd för en bredare publik, särskilt efter sin internationellt bästsäljande bok ”A Brief History of Time” (1988) och dess uppföljare ”The Universe in Brief” (2001) och ”A Briefer History of Time” (2005).
Han har fortsatt sin forskning om explosionen av svarta hål, strängteori och uppkomsten av svarta hål i vår egen galax. Hans arbete belyste också behovet av att förena allmän relativitetsteori och kvantteori i en omfattande teori om kvantgravitation, känd som ”teorin om allt”, särskilt om vi ska kunna förklara vad som verkligen hände vid tidpunkten för Big Bang. Redan 1974 var hans teori om Hawkingstrålning från svarta hål kanske ett av de allra första exemplen på en teori som åtminstone i viss mån syntetiserar kvantmekanik och allmän relativitetsteori.
Hawkings myriad av andra vetenskapliga undersökningar genom åren inkluderar studier av kvantkosmologi, kosmisk inflation, heliumproduktion i anisotropiska Big Bang-universum, ”Big N”-kosmologi, universums densitetsmatris, universums topologi och struktur, babyuniversum, Yang-Mills instantoner och S-matrisen, anti-de Sitter-rymden, kvantsammanflätning och entropi, rummets och tidens natur och tidens pil, rumtidsskum, strängteori, supergravitation, euklidisk kvantgravitation, den gravitationella Hamiltonianen, Brans-Dicke och Hoyle-Narlikars gravitationsteorier, gravitationsstrålning, holografi, tidssymmetri och maskhål.
Han var aldrig rädd för att väcka kontroverser och började till och med ifrågasätta själva Big Bang-teorin på 1980-talet och föreslog att det kanske aldrig hade funnits en början och att det inte skulle finnas något slut, utan bara förändringar, en ständig övergång från ett ”universum” till ett annat genom hakar i rumtiden. Han utvecklade sitt ”obegränsade förslag” i samarbete med den amerikanske fysikern Jim Hartle. Inom ramen för den klassiska allmänna relativitetsteorin måste universum antingen vara oändligt gammalt eller ha börjat med en singularitet, men Hawkings och Hartles förslag innebär en tredje möjlighet: universum är ändligt men har inte haft någon inledande singularitet som skapat en gräns. Berättelsen om detta obegränsade universum i ”imaginär tid” kan kanske bäst betraktas med hjälp av analogin med jordens yta, där Big Bang motsvarar jordens nordpol och universums storlek ökar med imaginär tid när man rör sig söder om ekvatorn.
1995 gifte sig Hawking med sin sjuksköterska Elaine Mason, men de skilde sig 2006 efter obekräftade rykten om fysisk misshandel, och han har sedan dess försonats med sin första fru Jane. År 2003 blev Hawking allvarligt sjuk i lunginflammation, men överraskade återigen sina läkare genom att återhämta sig och ägna sig alltmer åt sitt arbete.
2004 ändrade han radikalt ett av sina kontroversiella påståenden om svarta hål (de förstör allt som faller in i dem och ingen information kan återvinnas från ett svart hål) och hävdade att nya upptäckter kunde hjälpa till att lösa ”informationsparadoxen för svarta hål”. I hans nya definition av svarta hål är händelsehorisonten inte lika väl avgränsad och kanske inte helt döljer allt inuti den från utsidan, och han antog konceptet med ett multiversum för att hjälpa till att förklara bevarandet av information i svarta hål.
Hawkings syn på Guds existens har varit föremål för mycket debatt, särskilt sedan publiceringen 1988 av A Brief History of Time, där han tror att upptäckten av en global teori om allt skulle göra det möjligt för oss att ”känna Guds sinne”, vilket vissa har tolkat som bokstavligt och andra som litterärt. I sin bok The Grand Design från 2010 säger han dock otvetydigt att ”spontan skapelse är anledningen till att det finns något snarare än ingenting, varför universum existerar, varför vi existerar. Du behöver inte åberopa Gud … för att sätta universum i rörelse.”
Hawking lämnade sin post som Lucasian Professor of Mathematics vid Cambridge 2009, i linje med universitetets pensionspolicy, och accepterade en Distinguished Research Chair vid Perimeter Institute for Theoretical Physics i Waterloo, Kanada. Samma år tilldelades han Presidential Medal of Freedom, USA:s högsta civila utmärkelse.
Stephen Hawking avled vid 76 års ålder den 13 mars 2018.
Läs mer om honom i vår nästa artikel: Vem var Edwin Hubble?