Av Stuart Clark

Gemma Levine/Getty

Stephen Hawking, verdens-berømte teoretisk fysiker, har døde i en alder av 76.

Hawking er barn, Lucy, Robert og Tim sa i en uttalelse: «Vi er dypt trist at vår kjære far gikk bort i dag.

«Han var en stor vitenskapsmann og en ekstraordinær mann som jobber og arven vil leve på i mange år., Hans mot og utholdenhet med sin glans og humor inspirert mennesker over hele verden.

Annonsering

«Han sa en gang:» Det ville ikke være mye av det samme universet, hvis det ikke var hjemmet til folk du elsker.»Vi vil savne ham for alltid.»

Stephen Hawking dør i alderen 76

Hyllester flyt i etter døden av verden-berømte teoretiske fysikeren Stephen Hawking

Den mest fremtredende vitenskapsmenn i vår alder, Hawking har en ikonisk status., Hans sjangerdefinerende bok, A Brief History of Time, har solgt mer enn 10 millioner eksemplarer siden utgivelsen i 1988, og har blitt oversatt til mer enn 35 språk. Han dukket opp på Star Trek: The Next Generation, The Simpsons og The Big Bang Theory. Hans tidlige liv ble gjenstand for en Oscar-vinnende opptreden av Eddie Redmayne i 2014 film Teorien om Alt. Han ble rutinemessig konsultert for oracular uttalelser på alt fra tide reiser og fremmede liv til midtøsten-politikk og nefarious roboter., Han hadde en endearing sans for humor og en daredevil holdning – relatable menneskelige trekk som, kombinert med hans tilsynelatende overmenneskelig tankene, laget Hawking utpreget salgbare.

Men hans kulturelle status – forsterket av hans funksjonshemming og media storm er det brukt – ofte overskygget hans vitenskapelige arv. Det er en skam for mannen som oppdaget hva som kan vise seg å være nøkkelen ledetråd til teorien om alt, avansert vår forståelse av tid og rom, bidro til å forme kurs i fysikk for de siste fire tiår, og som har innsikt fortsetter å drive fremgangen i grunnleggende fysikk i dag.,

Begynner med the big bang

Hawking forskning karriere begynte med skuffelse. Ankommer ved University of Cambridge i 1962 for å begynne sin Doktorgrad, ble han fortalt at Fred Hoyle, hans utvalgte overordnede, som allerede hadde et komplett utvalg av studenter. De mest kjente Britiske astrofysiker på den tiden, Hoyle var en magnet for de mer ambisiøse studenter. Hawking ikke dugde. I stedet ble han til å jobbe med Dennis Sciama, en fysiker Hawking visste ingenting om., I det samme året, Hawking ble diagnostisert med amyotrofisk lateral sklerose, en degenerativ motor neurone sykdom som raskt frarøver folk muligheten til å frivillig flytte sine muskler. Han ble fortalt at han hadde to år igjen å leve.

Selv om Hawking kroppen kan ha svekket, hans intellekt oppholdt seg skarpe. To år inn i sin Doktorgrad, han hadde problemer med å gå og snakke, men det var klart at sykdommen var i går saktere enn legene først hadde fryktet., I mellomtiden, hans engasjement for å Jane Wilde – som han senere hadde tre barn, Robert, Lucy og Tim – fornyet sin stasjonen for å gjøre reell fremgang i fysikk.

Stephen og Lucy Hawking

James Veysey/Kameraet Trykk på

Arbeide med Sciama hadde sine fordeler. Hoyle er berømmelse betydde at han var sjelden i avdelingen, mens Sciama var rundt og ivrige etter å snakke. Disse diskusjonene stimulert den unge Hawking til å forfølge sin egen vitenskapelige syn., Hoyle var heftig motsetning til big bang-teorien (faktisk, hadde han brukt navnet «big bang» i hån). Sciama, på den annen side, var glad for Hawking for å undersøke begynnelsen av tid.

Tid er pil

Hawking var å studere arbeidet med Roger Penrose, som viste at hvis Einsteins generelle relativitetsteori er riktig, i hjertet av hver sort hull må være et punkt hvor tid og rom seg bryte ned – en singularitet. Hawking innså at hvis tid er pil ble reversert, den samme resonnement ville holde seg sant for universet som helhet., Under Sciama er oppmuntring, jobbet han ut matematikk og var i stand til å bevise det: universet i henhold til generelle relativitetsteorien begynte i en singularitet.

Hawking var godt klar over, men at Einstein ikke ha det siste ordet. Generell relativitetsteori, som beskriver tid og rom på en stor skala, tar ikke hensyn til kvantemekanikken, som beskriver saken er underlig atferd i mye mindre skalaer. Noen ukjente «teorien om alt» var nødvendig for å forene de to., For Hawking, egenheten på universets opprinnelse ikke signal for nedbryting av tid og rom; det signalisert behov for quantum gravity.

Heldigvis, link som han smidde mellom Penrose er singularitet og singularitet ved big bang gitt en viktig ledetråd for å finne en slik teori. Hvis fysikere ønsket å forstå opprinnelsen av universet, Hawking nettopp hadde vist dem akkurat der for å se: et sort hull.

Svart hull var et emne moden for undersøkelse i begynnelsen av 1970-tallet., Selv om Karl Schwarzschild hadde funnet slike objekter på lur i likningene i generell relativitetsteori tilbake i 1915, teoretikere sett på dem som rene matematiske avvik og var motvillige til å tro at de kunne faktisk eksisterer.

om enn skremmende, deres handling er rimelig grei: sorte hull har så sterke gravitasjonsfelt felt som ingenting, selv ikke lys kan unnslippe deres grep. Alle saker som faller inn ett er for alltid tapt for verden utenfor. Men, dette er en dolk i hjertet av termodynamikken.,

Termodynamiske trussel

termodynamikkens andre lov er en av de mest veletablerte naturlover. Det sier at entropi, eller grad av uorden i et system, alltid øker. Den andre lov gir form til observasjon som isbiter vil smelte inn i en dam, men en dam av vann vil aldri spontant slå inn en blokk med is. Hele saken inneholder entropi, så hva som skjer når det er falt inn i et sort hull? Er entropi tapt sammen med den? Hvis så, vil den totale entropien i universet går ned og sorte hull ville bryter termodynamikkens andre lov.,

Hawking tenkte at dette var bra. Han var glad for å forkaste ethvert konsept som sto i veien for en dypere sannhet. Og hvis det betydde at andre lov, og så bli det.

Bekenstein og gjennombrudd

Men Hawking møtte sin kamp på en 1972 fysikk sommerskole i den franske ski resort ligger i Les Houches, Frankrike. Princeton University graduate student Jakob Bekenstein trodde at termodynamikkens andre lov skal gjelde til sorte hull også. Bekenstein hadde vært å studere entropi problem, og hadde nådd en mulig løsning takket være en tidligere innsikt i Hawking er.,

Et svart hull skjuler sin singularitet med en grense kjent som event horizon. Ingenting som krysser event horizon noen gang kan vende tilbake til utsiden. Hawking arbeid hadde vist at arealet av et sort hull er event horizon aldri reduseres over tid. Hva mer er, når saken faller inn i et sort hull, det området av sin event horizon vokser.

Bekenstein skjønte dette var nøkkelen til entropi problem. Hver gang et svart hull svelger saken, dens entropi ser ut til å være tapt, og på samme tid, sin event horizon vokser., Så, Bekenstein foreslått, hva hvis det er – for å bevare den andre lov – området i horisonten er i seg selv et mål for entropi?

Hawking umiddelbart likte ideen og var sint at hans eget arbeid hadde vært brukt til støtte for et konsept som er så feil. Med entropi kommer varmen, men det sorte hullet, kunne ikke være stråler varme – ingenting kan unnslippe sin tyngdekraften. Under en pause fra forelesninger, Hawking fikk sammen med kolleger Brandon Carter, som også studert under Sciama, og James Bardeen, fra University of Washington, og konfrontert Bekenstein.,

Det uenighet plaget Bekenstein. «Disse tre var senior folk. Jeg var bare ute av min Doktorgrad. Du bekymre deg om du er bare dum og disse gutta vet sannheten,» minnes han.

Tilbake i Cambridge, Hawking satt ut for å bevise Bekenstein galt. I stedet, han oppdaget nøyaktig form av matematiske forholdet mellom entropi og det sorte hullet er horisonten. Snarere enn å ødelegge den ideen, han hadde bekreftet det. Det var Hawking største gjennombrudd.,

Hawking stråling

Hawking nå omfavnet ideen om at termodynamikk spilt en del i sorte hull. Noe som har entropi, han begrunnet, også har en temperatur – og noe som har en temperatur kan utstråle.

Hans opprinnelige feil, Hawking realisert, var bare vurderer generelle relativitetsteorien, som sier at ingenting – ingen partikler, ingen varme – kan unngå å bli grepet av et svart hull. Som endres når quantum mechanics kommer inn i bildet., Ifølge kvantemekanikken, flyktige par av partikler og antiparticles dukker stadig opp ut av tomme plass, bare for å tilintetgjøre og forsvinner i blinking av øye. Når dette skjer i nærheten av et event horizon, en partikkel-antiparticle par kan skilles – en faller ned bak horisonten mens en rømming, forlate dem for alltid i stand til å møte og tilintetgjøre. Den foreldreløse partikler strømme vekk fra det sorte hullet ‘ s edge, som stråling. Tilfeldigheten av quantum etableringen blir tilfeldigheten av varme.,

«jeg tror de fleste fysikere vil være enige i at Hawking største bidrag er spådommen om at sorte hull avgir stråling, sier Sean Carroll, en teoretisk fysiker ved California Institute of Technology. «Mens vi fortsatt ikke har eksperimentell bekreftelse på at Hawking er prediksjon er sant, nesten hver ekspert tror han hadde rett.»

Eksperimenter for å teste Hawking er prediksjon er så vanskelig, fordi jo mer massiv en svart hull er, jo lavere temperatur., For et stort svart hull – den typen som astronomer kan studere med en teleskop – temperaturen stråling er for ubetydelige til å måle. Som Harker seg ofte bemerket, det var på grunn av at han aldri ble tildelt Nobels Fredspris. Likevel, prediksjon var nok til å sikre ham en førsteklasses sted i annals of science, og quantum partikler som stream fra det sorte hullet ‘ s edge ville for alltid være kjent som Hawking-stråling.

Noen har antydet at de skulle være mer hensiktsmessig kalt Bekenstein-Hawking-stråling, men Bekenstein selv avviser dette., «Entropien i et svart hull er kalt Bekenstein-Hawking entropi, som jeg synes er fine. Jeg skrev det ned først, Hawking funnet den numeriske verdien av den konstante, slik at vi sammen funnet formelen som det er i dag. Strålingen var virkelig Hawking arbeid. Jeg hadde ingen anelse om hvordan et sort hull kan utstråle. Hawking tok det veldig tydelig. Så det burde bli kalt Hawking-stråling.»

Teori om alt

Bekenstein-Hawking entropi ligningen er en Hawking bedt om å ha gravert på hans gravstein., Det representerer den ultimate mash-up av fysiske disipliner fordi det inneholder Newton ‘ s konstant, som klart knytter seg til tyngdekraften; plancks konstant, som røper quantum mechanics på spill; lysets hastighet, talisman av Einsteins relativitetsteori, og Boltzmann konstant, herold termodynamikk.

tilstedeværelsen av disse forskjellige konstanter antydet en teori om alt, i all fysikk er enhetlig. Videre er det sterkt bekreftet Hawking er opprinnelige anelse om at forståelsen sorte hull vil være nøkkelen i å låse opp en dypere teori.,

Hawking ‘ s gjennombrudd som kan ha løst entropi problem, men det reist en enda mer vanskelig problem i dens kjølvann. Hvis sort hull kan utstråle, vil de etter hvert fordampe og forsvinne. Så hva skjer med all den informasjonen som falt i? Gjør det forsvinner også? Hvis så, vil det bryter med en sentral grunnsetning av kvantemekanikken. På den annen side, hvis det slippes ut fra det sorte hullet, vil det bryte med Einsteins relativitetsteori. Med oppdagelsen av svart hull stråling, Hawking hadde pit den ultimate lovene mot hverandre. Det sorte hullet, tap av informasjon paradoks hadde blitt født.,

Hawking satset sin stilling i en annen banebrytende og enda mer omstridt papir med tittelen Nedbryting av forutsigbarhet i gravitasjonsfelt kollaps, publisert i Physical Review D i 1976. Han hevdet at når et sort hull utstråler unna sin masse, det tar alt av informasjon med det – til tross for at kvantemekanikken forbyr uttrykkelig tap av informasjon. Snart andre fysikere ville plukke sider, for eller mot denne ideen, i en debatt som fortsetter til denne dag. Faktisk, mange mener at tap av informasjon er den mest presserende hindring i å forstå quantum gravity.,

«Hawking’ s 1976 argumentet om at sorte hull miste informasjon er en ruvende prestasjon, kanskje en av de mest følgeskader funn på den teoretiske siden av fysikk siden temaet var oppfunnet, sier Raphael Bousso av University of California, Berkeley.

Konsesjon

Ved slutten av 1990-tallet, resultater dukker opp fra string-teori hadde de fleste teoretiske fysikere overbevist om at Hawking var feil om tap av informasjon, men Hawking, kjent for sin stahet, gravd i hælene. Det var ikke før i 2004 at han ville ombestemme seg., Og han gjorde det med stil – dramatisk å dukke opp på en konferanse i Dublin, og å annonsere sin oppdatert visning: sorte hull kan ikke miste informasjon.

i Dag, men en ny paradoks kjent som firewall har kastet alt i tvil (se «Hawking’ s paradox», nedenfor). Det er klart at spørsmålet Hawking hevet er kjernen i søken etter quantum gravity.

«Sort hull-stråling reiser alvorlige oppgaver vi jobber fortsatt veldig vanskelig å forstå, sier Carroll., «Det er rettferdig å si at Hawking-stråling er den største anelse vi har den endelige avstemming av kvantemekanikk og gravity, som kanskje er den største utfordringen for teoretisk fysikk i dag.»

Hawking ‘ s legacy, sier Bousso, vil være «å ha satt fingeren på viktige problemer i søk etter en teori om alt».

Hawking fortsatte å presse grensene for teoretisk fysikk ved en tilsynelatende umulig tempo for resten av livet., Han har gjort viktige fremskritt mot å forstå hvordan kvantemekanikk gjelder universet som helhet, fører an i feltet kjent som quantum kosmologi. Hans progressiv sykdom tvang ham til å takle problemer i romanen måter, noe som har bidratt til hans bemerkelsesverdige intuisjon for sitt emne. Som han mistet evnen til å skrive ut lange, kompliserte ligninger, Hawking funnet nye og oppfinnsomme metoder for å løse problemer i hodet, vanligvis ved å tenke nytt dem i geometrisk form. Men, som Einstein før ham, Hawking aldri produsert noe som er ganske så revolusjonerende som hans tidlige arbeider.,

«Hawking er mest innflytelsesrike arbeidet ble gjort i 1970-årene, da han var yngre, sier Carroll, «men det er helt standard, selv for fysikere som ikke er beheftet med en ødeleggende neurone sykdom.»

Hawking superstjernen

NASA

I mellomtiden, publisering av A Brief History of Time slynget Hawking til kulturelle stjernestatus og ga et friskt ansikt til teoretisk fysikk. Han har aldri syntes å huske. «I fronten av kameraet, Hawking spilte karakteren Hawking., Han syntes å spille med sin kulturelle status, sier Hélène Mialet, en antropolog fra Universitetet i California, Berkeley, som fridde til uenighet i 2012 med utgivelsen av hennes bok Hawking Incorporated. I det hun undersøkte hvordan folk rundt Hawking hjalp ham å bygge og opprettholde sitt offentlige image.

Det offentlige bildet utvilsomt gjort livet lettere enn det ellers ville ha vært. Som Hawking er sykdommen utviklet seg, teknologer gjerne gitt stadig mer kompliserte maskiner for å tillate ham å kommunisere., Dette, i sin tur, la ham fortsette å gjøre ting som han skal til slutt bli husket: hans vitenskap.

«Stephen Hawking har gjort mer for å fremme vår forståelse av gravitasjon enn noen siden Einstein,» Carroll sier. «Han var en verdensledende teoretisk fysiker, helt klart den beste i verden for sin tid blant de som arbeider i skjæringspunktet mellom tyngdekraften og kvantemekanikk, og han gjorde det i ansiktet av en forferdelig sykdom. Han er en inspirerende person, og historien vil sikkert huske ham på den måten.,»

Hawking paradoks

I 2012, fire fysikere ved Universitetet i California, Santa Barbara – Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski og James Sully, kjent kollektivt av fysikere som FORSTERKERE – sjokkert fysikk samfunnet med resultatene av et tanke-eksperiment.

Når par av partikler og antiparticles gyte i nærheten av et sort hull er event horizon, hvert par aksjer en forbindelse som kalles forviklinger., Men hva skjer med denne linken og informasjon det holder når en av dem faller i, forlater sin tvilling til å bli en partikkel av Hawking stråling (se hovedsaken)?

En skole mener at informasjon er bevart som hullet fordamper, og at det er plassert i subtile sammenhenger mellom disse partiklene av Hawking-stråling.

Men, FORSTERKERE spurte, hva betyr det ser ut til å observatører i og utenfor sort hull? Skriv inn Alice og Bob.,

Ifølge Bob, som forblir utenfor det sorte hullet, som partikkelen har blitt skilt fra sin antiparticle partner av horisonten. For å bevare informasjon, det må bli involvert med en annen partikkel av Hawking-stråling.

Men hva er det som skjer fra synspunkt av Alice, som faller inn i det sorte hull? Generelle relativitetsteorien sier at for en fallende observatør, gravitasjonen forsvinner, så hun ikke se event horizon. I henhold til Alice, partikkel i spørsmålet gjenstår viklet seg inn med sin antiparticle partner, fordi det er ingen horisonten for å skille dem., Paradokset er født.

Slik som er rett? Bob eller Alice? Hvis det er Bob, så Alice vil ikke støte tom plass på horisonten som generell relativitetsteori krav. I stedet vil hun bli brent til en skarp av en vegg av Hawking stråling – en brannmur. Hvis det er Alice som er rett, så vil informasjon gå tapt, bryte en grunnleggende regel av kvantemekanikken. «Den glødende striden rundt Hawking paradoks gjenspeiler innsatsen hans arbeid har reist: i quantising tyngdekraften, hva gir? Og hvor mye?»sier Raphael Bousso av University of California, Berkeley., Svaret venter oss i teorien om alt. Amanda Gefter

Artikkelen endret 14. Mars 2018

Vi har korrigert navn og antall Hawking er barn

Mer om disse temaene:

  • Stephen Hawking

Written by 

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *