Lær mer om en av vitenskapens grunnpilarer i dette korte blogginnlegget.
Hva var Stephen Hawkings historie?
Stephen Hawking er en verdenskjent britisk teoretisk fysiker, kjent for sine bidrag til fagfeltene kosmologi, generell relativitetsteori og kvantegravitasjon, særlig i forbindelse med svarte hull. På 1960- og 1970-tallet arbeidet han med banebrytende teoremer om singulariteter i den generelle relativitetsteorien, og kom med den teoretiske forutsigelsen om at svarte hull skulle avgi stråling (i dag kjent som Hawking-stråling). Han har også utgitt flere populærvitenskapelige bøker der han diskuterer sine egne teorier og kosmologi generelt, blant annet bestselgeren «A Brief History of Time», og han regnes som en av de største fysikerne siden Albert Einstein. Med hans egne ord: «Målet mitt er enkelt. Det er å forstå universet fullstendig, hvorfor det er slik det er, og hvorfor det i det hele tatt eksisterer.»
Stephen William Hawking ble født 8. januar 1942 i Oxford i England, midt under andre verdenskrig. Etter fødselen i den relative tryggheten i Oxford flyttet familien tilbake til London, der faren drev parasittologiavdelingen ved National Institute of Medical Research, til tross for den konstante risikoen for bombing fra det tyske flyvåpenet. I 1950 flyttet Hawking med familien til St. Albans, der han gikk på St. Albans High School for Girls fra 1950 til 1953 (gutter kunne gå der til de var 10 år), og fra han var 11 år gammel gikk han på St.
I 1959 fikk han et stipend til University College, Oxford, farens gamle college, hvor han studerte fysikk under Robert Berman (hovedsakelig fordi hans foretrukne fag, matematikk, ikke ble tilbudt der), og hvor han ble spesielt interessert i termodynamikk, relativitetsteori og kvantemekanikk. Til tross for hans til tider slappe studievaner og kjedsomhet med universitetslivet, ble han uteksaminert i 1962 med en førsteklasses grad.
Etter studiene studerte han en kort tid solflekker ved Oxford University Observatory. Han innså imidlertid snart at han var mer interessert i teori enn observasjon, og forlot Oxford til fordel for Trinity Hall i Cambridge, der han studerte en tid under Fred Hoyle, datidens mest fremtredende engelske astronom.
I en alder av 21 år, kort tid etter at han kom til Cambridge, begynte Hawking å utvikle de første symptomene på amyotrofisk lateral sklerose (ALS eller «Lou Gehrigs sykdom»), en type motornevronsykdom som til slutt skulle føre til at han mistet nesten all nevromuskulær kontroll. Selv om legene (feilaktig) spådde at Hawking ikke ville overleve mer enn to eller tre år, mistet han gradvis bruken av armene, beina og stemmen, helt til han ble nesten fullstendig lammet og tetraplegisk.
I 1965 overvar han et foredrag av den engelske matematikeren Roger Penrose, som nettopp hadde publisert en revolusjonerende artikkel om rom-tid-singulariteter (hendelser der fysikkens lover ser ut til å bryte sammen). Hawking fikk tilbake energien og engasjerte seg med fornyet kraft i studiet av teoretisk astronomi og kosmologi, særlig innen svarte hull og singulariteter. Senere skulle han samarbeide med Penrose om flere viktige artikler om disse temaene.
Et annet vendepunkt i livet hans kom også i 1965, da han giftet seg med språkstudenten Jane Wilde. Med hennes og doktorgradsveilederen Dennis Sciamas hjelp fullførte Hawking doktorgraden og ble stipendiat og deretter professor ved Gonville and Caius College i Cambridge.
I 1968 ble han ansatt ved Cambridge Institute of Astronomy, der han ble værende til 1973, og begynte å anvende termodynamikkens lover på svarte hull ved hjelp av svært kompleks matematikk. På slutten av 1960-tallet anvendte han og vennen og Cambridge-kollegaen Roger Penrose en ny, kompleks matematisk modell de hadde laget basert på Albert Einsteins generelle relativitetsteori, noe som førte til at Hawking i 1970 kunne bevise det første av mange singularitetsteoremer. Dette teoremet ga et sett med tilstrekkelige betingelser for eksistensen av en singularitet i romtiden, og impliserte også at rom og tid faktisk hadde en begynnelse i en Big Bang-lignende hendelse og endte i sorte hull. Faktisk snudde han Penroses idé om at skapelsen av et svart hull nødvendigvis ville føre til en singularitet, ved å bevise at det var en singularitet som førte til skapelsen av selve universet.
I samarbeid med Brandon Carter, Werner Israel og David Robinson leverte han et matematisk bevis for John Wheelers «hårløse teorem», som sier at ethvert svart hull utelukkende beskrives av de tre egenskapene masse, impulsmoment og elektrisk ladning, og foreslo de fire lovene for svarte hulls mekanikk, i likhet med termodynamikkens fire klassiske lover. Basert på analyser av gammastråling foreslo han også at ur-svarte hull eller «mini-sorte hull» ble dannet etter Big Bang.
I 1974 påviste Hawking og Jacob Bekenstein at svarte hull faktisk ikke er helt svarte, men at de termisk må skape og sende ut subatomære partikler, i dag kjent som Hawking-stråling, inntil de til slutt bruker opp energien sin og fordamper. Dette har også gitt opphav til det såkalte «informasjonsparadokset» eller «Hawking-paradokset», som går ut på at fysisk informasjon (som i grove trekk betyr partiklenes identitet og distinkte egenskaper) ser ut til å være fullstendig tapt i universet, noe som strider mot de aksepterte fysiske lovene. Hawking forsvarte dette paradokset mot argumentene til Leonard Susskind og andre i tretti år, helt til han som kjent trakk seg i 2004.
Disse banebrytende prestasjonene ble gjort til tross for at Hawking ble stadig mer lammet på grunn av ALS. I 1974 klarte han ikke å spise selv eller komme seg ut av sengen, og talen hans var så dårlig at han bare kunne bli forstått av folk som kjente ham godt. I 1985 fikk han lungebetennelse og måtte gjennomgå en trakeotomi, noe som gjorde ham helt ute av stand til å snakke, selv om ulike venner og velgjørere samarbeidet om å lage et apparat som gjorde det mulig for ham å skrive på en datamaskin ved hjelp av små bevegelser med kroppen, og deretter uttale det han hadde skrevet ved hjelp av en stemmesynthesizer.
I 1973 forlot han Institutt for astronomi til fordel for Institutt for anvendt matematikk og teoretisk fysikk, og i 1979 ble han utnevnt til Lucasian Professor of Mathematics ved Cambridge University, en stilling han hadde i 30 år frem til han gikk av med pensjon i 2009. Han fikk tre barn med Jane Wilde: Robert (1967), Lucy (1969) og Timothy (1979), men paret skilte seg til slutt i 1991, tilsynelatende på grunn av presset fra Hawkings kjendisstatus og hans økende funksjonshemming.
Hawkings banebrytende forskning ga ham betydelig berømmelse og berømthet. I 1974, i en alder av 32 år, ble han utnevnt til en av de yngste medlemmene av Royal Society. Han ble utnevnt til Commander of the Order of the British Empire (CBE) i 1982, og til Companion of Honour i 1989. Han har tolv æresdoktorgrader, i tillegg til en rekke andre utmerkelser, medaljer og priser, deriblant Albert Einstein-prisen, den mest prestisjefylte innen teoretisk fysikk. Han har også blitt kjent for et bredere publikum, særlig etter den internasjonalt bestselgende boken «A Brief History of Time» (1988), og oppfølgerne «The Universe in Brief» (2001) og «A Briefer History of Time» (2005).
Han har fortsatt sin forskning på eksplosjonen av svarte hull, strengteori og fødselen av svarte hull i vår egen galakse. Hans arbeid har også understreket behovet for å forene generell relativitetsteori og kvanteteori i en omfattende teori om kvantegravitasjon, kjent som «teorien om alt», særlig hvis vi skal kunne forklare hva som egentlig skjedde da Big Bang oppstod. Allerede i 1974 var hans teori om utsendelse av Hawking-stråling fra svarte hull kanskje et av de aller første eksemplene på en teori som i det minste til en viss grad syntetiserer kvantemekanikken og den generelle relativitetsteorien.
Hawkings utallige andre vitenskapelige undersøkelser opp gjennom årene omfatter studier av kvantekosmologi, kosmisk inflasjon, heliumproduksjon i anisotrope Big Bang-universer, «Big N»-kosmologi, universets tetthetsmatrise, universets topologi og struktur, babyuniverser, Yang-Mills instantoner og S-matrisen, anti-de Sitter-rom, kvantesammenfiltring og entropi, rommets og tidens natur og tidspilen, rom-tid-skum, strengteori, supergravitasjon, euklidsk kvantegravitasjon, gravitasjonshamiltonianen, Brans-Dicke- og Hoyle-Narlikar-gravitasjonsteorier, gravitasjonsstråling, holografi, tidssymmetri og ormehull.
Han var aldri redd for å skape kontroverser, og på 1980-tallet begynte han til og med å stille spørsmål ved selve Big Bang-teorien, og antydet at det kanskje aldri hadde vært noen begynnelse, og at det ikke ville være noen slutt, men bare endringer, en konstant overgang fra ett «univers» til et annet gjennom haker i romtiden. Han utviklet sitt «ubegrensede forslag» i samarbeid med den amerikanske fysikeren Jim Hartle. Innenfor rammen av den klassiske generelle relativitetsteorien må universet enten være uendelig gammelt eller ha begynt med en singularitet, men Hawking og Hartles forslag åpner for en tredje mulighet: Universet er endelig, men har ikke hatt en opprinnelig singularitet som har skapt en grense. Historien om dette ubegrensede universet i «imaginær tid» kan kanskje best betraktes ved hjelp av analogien med jordens overflate, der Big Bang tilsvarer jordens nordpol, og universets størrelse øker med imaginær tid når man beveger seg sør for ekvator.
I 1995 giftet Hawking seg med sin sykepleier Elaine Mason, men de skilte seg i 2006 etter ubekreftede rykter om fysisk mishandling, og han har siden forsonet seg med sin første kone, Jane. I 2003 ble Hawking alvorlig syk med lungebetennelse, før han nok en gang overrasket legene ved å bli frisk og vie seg mer og mer til arbeidet sitt.
I 2004 snudde han radikalt om på en av sine kontroversielle påstander om svarte hull (de ødelegger alt som faller ned i dem, og ingen informasjon kan gjenvinnes fra et svart hull), og hevdet at nye oppdagelser kunne bidra til å løse «informasjonsparadokset om svarte hull». I hans nye definisjon av svarte hull er ikke hendelseshorisonten like godt avgrenset og skjuler kanskje ikke alt som befinner seg inni den helt fra utsiden, og han tok i bruk begrepet multivers for å forklare bevaringen av informasjon i svarte hull.
Hawkings syn på Guds eksistens har vært gjenstand for mye debatt, særlig etter utgivelsen av A Brief History of Time i 1988, der han mener at oppdagelsen av en global teori om alt vil gjøre det mulig for oss å «kjenne Guds sinn», noe som noen har tolket som bokstavelig og andre som litterært. I boken The Grand Design fra 2010 slår han imidlertid utvetydig fast at «spontan skapelse er grunnen til at det finnes noe i stedet for ingenting, til at universet eksisterer, til at vi eksisterer. Du trenger ikke å påkalle Gud … for å sette universet i bevegelse.»
Hawking forlot sin stilling som Lucasian-professor i matematikk ved Cambridge i 2009, i tråd med universitetets retningslinjer for pensjonering, og takket ja til et professorat ved Perimeter Institute for Theoretical Physics i Waterloo i Canada. Samme år ble han tildelt Presidential Medal of Freedom, USAs høyeste sivile utmerkelse.
Stephen Hawking døde 76 år gammel 13. mars 2018.
Les mer om ham i vår neste artikkel: Hvem var Edwin Hubble?