Af Stuart Clark

Gemma Levine/Getty

Stephen Hawking, den verdensberømte teoretisk fysiker, er død i en alder af 76.

ha .kings børn, Lucy, Robert og Tim sagde i en erklæring: “vi er dybt bedrøvede over, at vores elskede far døde i dag.

“han var en stor videnskabsmand og en ekstraordinær mand, hvis arbejde og arv vil leve i mange år., Hans mod og vedholdenhed med hans Glans og humor inspirerede mennesker over hele verden.

annonce

“han sagde engang: ‘det ville ikke være meget af et univers, hvis det ikke var hjemsted for de mennesker, du elsker.’Vi vil savne ham for evigt.”

Stephen Hawking, der dør i alderen 76

Hyldest flow i følgende død af verdens-berømte teoretisk fysiker Stephen Hawking

De mest genkendelige videnskabsmand af vores alder, Hawking har en ikonisk status., Hans genre-definerende bog A Brief History of Time, har solgt mere end 10 millioner eksemplarer siden den blev offentliggjort i 1988, og er blevet oversat til mere end 35 sprog. Han optrådte på Star Trek: The ne .t Generation, The Simpsons og The Big Bang Theory. Hans tidlige liv var genstand for en Oscar-vindende forestilling af Eddie Redmayne i 2014-filmen The Theory of Everything. Han blev rutinemæssigt hørt for orakulære udtalelser om alt fra tidsrejser og fremmede liv til mellemøstlig politik og uærlige robotter., Han havde en indtagende sans for humor og en vovehals holdning – relatable menneskelige træk,, kombineret med hans tilsyneladende overmenneskelige sind, gjort Ha .king eminent omsættelige.

men hans kulturelle status – forstærket af hans handicap og den mediestorm, den påkaldte – overskyggede ofte hans videnskabelige arv. Det er en skam, for den mand, der opdagede, hvad der kunne vise sig at være nøglen anelse om, at teorien om alt, avanceret vor forståelse af rum og tid, været med til at præge løbet af fysik for de sidste fire årtier, og hvis indsigt fortsætter med at drive udviklingen inden for grundlæggende fysik i dag.,

begyndende med big bang

Ha .kings forskerkarriere begyndte med skuffelse. Ankommer på University of Cambridge i 1962 at begynde sin ph. d., fik han at vide, at Fred Hoyle, hans valgte vejleder, der allerede havde et komplet supplement af studerende. Den mest berømte britiske astrofysiker på det tidspunkt, Hoyle var en magnet for de mere ambitiøse studerende. Ha .king klarede ikke snittet. I stedet skulle han arbejde med Dennis Sciama, en fysiker Ha .king vidste intet om., Samme år blev Ha .king diagnosticeret med amyotrofisk lateral sklerose, en degenerativ motorneuronsygdom, der hurtigt frarøver folk evnen til frivilligt at bevæge deres muskler. Han fik at vide, at han havde to år at leve.

selvom Ha .kings krop muligvis er svækket, forblev hans intellekt skarp. To år efter sin ph. d.havde han problemer med at gå og tale, men det var tydeligt, at sygdommen gik langsommere, end lægerne oprindeligt havde frygtet., Imens, hans forlovelse med Jane .ilde – som han senere havde tre børn med, Robert, Lucy og Tim – fornyede sit drev for at gøre reelle fremskridt inden for Fysik.

Stephen og Lucy Hawking

James Veysey/Kamera Tryk på

Arbejde med Sciama havde sine fordele. Hoyle ‘ s berømmelse betød, at han var sjældent i afdelingen, mens Sciama var omkring og ivrige efter at tale. Disse diskussioner stimulerede den unge Ha .king til at forfølge sin egen videnskabelige vision., Hoyle var stærkt imod big bang-teorien (faktisk havde han opfundet navnet “big bang” i hån). Sciama, på den anden side, var glad for Ha .king at undersøge begyndelsen af tiden.

Time ‘ s Arro.

Ha .king studerede Roger Penroses arbejde, hvilket viste, at hvis Einsteins generelle relativitetsteori er korrekt, skal hjertet i hvert sort hul være et punkt, hvor rum og tid selv bryder sammen – en singularitet. Ha .king indså, at hvis tidens pil blev vendt, ville den samme begrundelse gælde for universet som helhed., Under Sciamas opmuntring udarbejdede han matematikken og var i stand til at bevise det: universet ifølge generel relativitet begyndte i en singularitet.ha .king var dog godt klar over, at Einstein ikke havde det sidste ord. Generel relativitet, der beskriver rum og tid i stor skala, tager ikke højde for kvantemekanik, der beskriver materiens mærkelige opførsel i meget mindre skalaer. En eller anden ukendt “teori om alt” var nødvendig for at forene de to., For Ha .king signalerede singulariteten ved universets oprindelse ikke nedbrydningen af rum og tid; det signalerede behovet for kvante tyngdekraft.heldigvis gav linket, som han smed mellem Penrose ‘ s singularitet og singulariteten ved big bang, en nøgle til at finde en sådan teori. Hvis fysikere ønskede at forstå universets oprindelse, havde Ha .king netop vist dem nøjagtigt, hvor de skulle se: et sort hul.

sorte huller var et emne moden til undersøgelse i begyndelsen af 1970 ‘ erne., Selv om Karl Sch .ar .schild havde fundet sådanne objekter lurer i ligninger af generelle relativitetsteori tilbage i 1915, teoretikere set dem som blot matematiske anomalier og var tilbageholdende med at tro, de kunne faktisk eksisterer.

selvom skræmmende, er deres handling rimeligt ligetil: sorte huller har så stærke gravitationsfelter, at intet, ikke engang lys, kan undslippe deres greb. Ethvert spørgsmål, der falder ind i en, er for evigt tabt for omverdenen. Dette er imidlertid en dolk i hjertet af termodynamikken.,

termodynamisk trussel

den anden lov om termodynamik er en af de mest veletablerede naturlove. Det hedder, at entropi, eller niveau af uorden i et system, altid stiger. Den anden lov giver form til observationen om, at isterninger smelter ind i en vandpyt, men en vandpyt vil aldrig spontant blive til en isblok. Alt stof indeholder entropi, så hvad sker der, når det falder i et sort hul? Er entropi tabt sammen med det? I så fald går universets samlede entropi ned, og sorte huller ville krænke termodynamikens anden lov.,ha .king mente, at dette var fint. Han var glad for at kassere ethvert koncept, der stod i vejen for en dybere sandhed. Og hvis det betød den anden lov, så må det være sådan.

Bekenstein og gennembrud

men Ha .king mødte sin kamp på en fysik sommerskole i 1972 i det franske skisportssted Les Houches, Frankrig. Princeton University graduate studerende Jacob Bekenstein mente, at den anden lov om termodynamik bør gælde for sorte huller også. Bekenstein havde studeret entropi problem og havde nået en mulig løsning takket være en tidligere indsigt i Ha .king ‘ s.,

et sort hul skjuler sin singularitet med en grænse kendt som begivenhedshorisonten. Intet, der krydser begivenhedshorisonten, kan nogensinde vende tilbage til ydersiden. Ha .kings arbejde havde vist, at området med et sort huls begivenhedshorisont aldrig falder over tid. Hvad mere er, når sagen falder ind i et sort hul, vokser området for dens begivenhedshorisont.Bekenstein indså, at dette var nøglen til entropiproblemet. Hver gang et sort hul sluger stof, ser dets entropi ud til at gå tabt, og på samme tid vokser dens begivenhedshorisont., Så, Bekenstein foreslog, hvad hvis – for at bevare den anden lov-er horisontens område i sig selv et mål for entropi?ha .king kunne straks ikke lide ideen og var vred over, at hans eget arbejde var blevet brugt til støtte for et så mangelfuldt koncept. Med entropi kommer varme – men det sorte hul kunne ikke udstråle varme-intet kan undslippe sin tyngdekraft. Under en pause fra forelæsninger, Hawking fik sammen med kolleger Brandon Carter, der også studerede under Sciama, og James Bardeen, fra University of Washington, og står Bekenstein.,

uenigheden generede Bekenstein. “Disse tre var ældre mennesker. Jeg var bare ude af min ph.d. Du er bekymret for, om du bare er dum, og disse fyre kender sandheden,” husker han.tilbage i Cambridge satte Ha .king sig for at bevise Bekenstein forkert. I stedet opdagede han den præcise form for det matematiske forhold mellem entropi og det sorte huls horisont. I stedet for at ødelægge ideen havde han bekræftet det. Det var Ha .kings største gennembrud.,

ha .king-stråling

Ha .king omfavnede nu ideen om, at termodynamik spillede en rolle i sorte huller. Alt, hvad der har entropi, begrundede han, har også en temperatur-og alt, hvad der har en temperatur, kan udstråle.

hans oprindelige fejl, Ha .king realiserede, var kun i betragtning af generel relativitet, der siger, at intet – ingen partikler, ingen varme – kan undslippe grebet af et sort hul. Det ændrer sig, når kvantemekanik kommer i spil., Ifølge kvantemekanik vises Flygtige par partikler og antipartikler konstant ud af det tomme rum, kun for at udslette og forsvinde med et øjeblik. Når dette sker i nærheden af en begivenhedshorisont, kan et partikel-antipartikelpar adskilles – man falder bag horisonten, mens man slipper ud, hvilket efterlader dem for evigt ude af stand til at mødes og udslette. De forældreløse partikler strømmer væk fra det sorte huls kant som stråling. Tilfældigheden af kvante skabelse bliver tilfældigheden af varme.,

“jeg tror, de fleste fysikere er enige om, at Hawking’ s største bidrag er forudsigelsen, at sorte huller udsender stråling,” siger Sean Carroll, en teoretisk fysiker ved California Institute of Technology. “Selvom vi stadig ikke har eksperimentel bekræftelse på, at ha .kings forudsigelse er sand, mener næsten alle eksperter, at han havde ret.”

eksperimenter til at teste Ha .kings forudsigelse er så vanskelige, fordi jo mere massivt et sort hul er, jo lavere er temperaturen., For et stort sort hul – de slags astronomer kan studere med et teleskop – er strålingstemperaturen for ubetydelig til at måle. Som Ha .king selv ofte bemærkede, var det af denne grund, at han aldrig blev tildelt en Nobelpris. Alligevel var forudsigelsen nok til at sikre ham et førsteklasses sted i videnskabens annaler, og kvantepartiklerne, der strømmer fra det sorte huls kant, ville for evigt være kendt som Ha .king-stråling.

nogle har foreslået, at de mere hensigtsmæssigt bør kaldes Bekenstein-Ha .king stråling, men Bekenstein selv afviser dette., “Entropien i et sort hul hedder Bekenstein-Ha .king entropi, som jeg synes er fint. Jeg skrev det ned først, Ha .king fandt den numeriske værdi af konstanten, så sammen fandt vi formlen som den er i dag. Strålingen var virkelig Ha .kings arbejde. Jeg anede ikke, hvordan et sort hul kunne udstråle. Ha .king bragte det meget tydeligt ud. Så det skal kaldes ha .king stråling.”

teori om alt

Bekenstein-Ha .king entropi ligningen er den ene Ha .king bedt om at have indgraveret på sin gravsten., Det er den ultimative mash-up af fysiske discipliner, fordi det indeholder Newtons konstant, som klart relaterer sig til tyngdekraften; Planck ‘s konstant, som røber kvantemekanik, der er på spil; lysets hastighed, den talisman af Einstein’ s relativitetsteori; og Boltzmanns konstant, herold af termodynamik.

tilstedeværelsen af disse forskellige konstanter antydede en teori om alt, hvor al fysik er forenet. Desuden bekræftede det stærkt Ha .kings oprindelige hunch, at forståelse af sorte huller ville være nøglen til at låse op for den dybere teori.,ha Hawkings gennembrud kan have løst entropiproblemet, men det rejste et endnu vanskeligere problem i kølvandet. Hvis sorte huller kan udstråle, vil de til sidst fordampe og forsvinde. Så hvad sker der med alle de oplysninger, der faldt i? Forsvinder den også? I så fald vil det krænke et centralt princip i kvantemekanik. På den anden side, hvis det slipper ud af det sorte hul, vil det krænke Einsteins relativitetsteori. Med opdagelsen af sort hul stråling, Ha .king havde pit de ultimative fysiske love mod hinanden. Det sorte hul information tab paradoks var blevet født.,

Hawking satte sin stilling i et andet banebrydende og endnu mere omdiskuterede papir med titlen Opdeling af forudsigelighed i gravitationel kollaps, publiceret i Physical Review D i 1976. Han hævdede, at når et sort hul udstråler sin masse, tager det alle sine oplysninger med sig – på trods af at kvantemekanik udtrykkeligt forbyder informationstab. Snart ville andre fysikere vælge sider, for eller imod denne ID., i en debat, der fortsætter til i dag. Faktisk føler mange, at informationstab er den mest presserende hindring i forståelsen af kvante tyngdekraften.,

“Hawking’ s 1976 argument om, at sorte huller mister information er en tårnhøj resultat, måske et af de mest vidtgående opdagelser på den teoretiske side af fysik, da emnet blev opfundet,” siger Raphael Bousso af University of California, Berkeley.

Koncession

i slutningen Af 1990’erne resultaterne fra strengteori havde mest teoretiske fysikere overbevist om, at Hawking var galt med tab af information, men Hawking, der er kendt for sin stædighed, satte hælene i. Det var først i 2004, at han ville skifte mening., Og han gjorde det med flair – dramatisk dukker op på en konference i Dublin og annoncerer sin opdaterede visning: sorte huller kan ikke miste information.

i dag har et nyt paradoks kendt som fire .all imidlertid kastet alt i tvivl (se “ha .king’ s parado.” nedenfor). Det er klart, at spørgsmålet, som Ha .king rejste, er kernen i søgen efter kvantegravitet.

“sort hulstråling rejser alvorlige gåder, vi arbejder stadig meget hårdt for at forstå,” siger Carroll., “Det er rimeligt at sige, at ha .king-stråling er den største enkelt ledetråd, vi har til den ultimative forsoning af kvantemekanik og tyngdekraft, uden tvivl den største udfordring for Teoretisk Fysik i dag.”

Ha .kings arv, siger Bousso, vil være “at have lagt fingeren på nøgleproblemet i søgen efter en teori om alt”.ha .king fortsatte med at skubbe grænserne for Teoretisk Fysik i et tilsyneladende umuligt tempo resten af sit liv., Han gjorde vigtige indhug i retning af at forstå, hvordan kvantemekanik gælder for universet som helhed, førende inden for området kendt som kvantekosmologi. Hans progressive sygdom pressede ham til at tackle problemer på nye måder, hvilket bidrog til hans bemærkelsesværdige intuition for hans emne. Da han mistede evnen til at skrive ud i lange, komplicerede ligninger, Hawking fundet nye og opfindsomme metoder til at løse problemer i hans hoved, normalt ved reimagining dem i geometrisk form. Men som Einstein før ham producerede Ha .king aldrig noget helt så revolutionerende som hans tidlige arbejde.,

“Hawking’ s mest indflydelsesrige arbejde, der blev gjort i 1970’erne, da han var yngre,” siger Carroll, “men det er helt standard, selv for fysikere, der ikke er belastet med en invaliderende neuron sygdom.”

Hawking superstjerne

NASA

I mellemtiden, offentliggørelse af En Kort Historie af Tid slynget Hawking til kulturelle stjernestatus og gav et frisk ansigt til teoretisk fysik. Han syntes aldrig at have noget imod. “Foran kameraet spillede Ha .king karakteren af Ha .king., Han syntes at lege med sin kulturelle status,” siger Hélène Mialet, en antropolog fra University of California, Berkeley, der bejlede kontrovers i 2012 med udgivelsen af hendes bog Hawking Indarbejdet. I det undersøgte hun, hvordan folkene omkring Ha .king hjalp ham med at opbygge og vedligeholde sit offentlige image.

det offentlige image gjorde utvivlsomt hans liv lettere, end det ellers kunne have været. Efterhånden som Ha .kings sygdom skred frem, leverede teknologer med glæde stadig mere komplicerede maskiner, så han kunne kommunikere., Dette vil igen lade ham fortsætte med at gøre det, som han i sidste ende skal huskes for: hans videnskab.

“Stephen Hawking har gjort mere for at fremme vores forståelse af gravitation end nogen siden Einstein,” siger Carroll. “Han var en verdensledende teoretisk fysiker, klart den bedste i verden for sin tid blandt dem, der arbejdede i skæringspunktet mellem tyngdekraft og kvantemekanik, og han gjorde det hele i lyset af en frygtelig sygdom. Han er en inspirerende figur, og historien vil helt sikkert huske ham på den måde.,”

Hawking ‘ s paradoks

I 2012, fire fysikere ved University of California, Santa Barbara – Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski og James Sully, der kollektivt er kendt af fysikere som AMPS – chokeret fysik fællesskab med resultaterne af et tankeeksperiment.

Når par af partikler og antipartikler gyder nær et sort huls begivenhedshorisont, deler hvert par en forbindelse kaldet sammenfiltring., Men hvad sker der med dette link og de oplysninger, det indeholder, når et af parret falder ind, hvilket efterlader sin tvilling til at blive en partikel af Ha ?king-stråling (se hovedhistorien)?

en tankegang hævder, at informationen bevares, når hullet fordamper, og at det placeres i subtile korrelationer mellem disse partikler af Ha .king-stråling.

men ampere spurgte, Hvordan ser det ud til observatører inden for og uden for det sorte hul? Indtast Alice og Bob.,

ifølge Bob, der forbliver uden for det sorte hul, er denne partikel blevet adskilt fra sin antipartikelpartner ved horisonten. For at bevare information skal den blive sammenfiltret med en anden partikel af Ha .king-stråling.

men hvad sker der fra Alice ‘ s synspunkt, der falder ind i det sorte hul? Generel relativitet siger, at for en frit faldende observatør forsvinder tyngdekraften, så hun ikke ser begivenhedshorisonten. Ifølge Alice forbliver den pågældende partikel sammenfiltret med sin antipartikelpartner, fordi der ikke er nogen horisont til at adskille dem., Paradokset er født.

så hvem har ret? Bob eller Alice? Hvis det er Bob, vil Alice ikke støde på tomt rum i horisonten, som generel relativitet hævder. I stedet vil hun blive brændt til en sprød af en mur af Ha .king stråling – en fire .all. Hvis det er Alice, der har ret, vil informationen gå tabt og bryde en grundlæggende regel for kvantemekanik. “Den inderlige kontrovers omkring Ha ?kings paradoks afspejler de indsatser, hans arbejde har rejst: hvad giver det i Kvantisering af tyngdekraften? Og hvor meget?”siger Raphael Bousso fra University of California, Berkeley., Svaret venter os i teorien om alt. Amanda Gefter

Artiklen er ændret på 14 Marts 2018

Vi har rettet navne og antallet af Hawking ‘ s børn

Mere om disse emner:

  • Stephen Hawking

Written by 

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *